MX2012003167A - Aparato y metodo de aplicación de ozono en silos. - Google Patents

Abstract

Se describe un procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, el cual se basa en la recirculación de aire con ozono a través de los espacios intergranulares, manteniendo una concentración apropiada de ozono para la eliminación de insectos. El diseño de aplicación de aire ozonizado en el interior de la columna de granos por medio de un maniful centrado, con una serie de tubos radiales perforados. El sistema es altamente eficiente ya que se logra una distribución de gas instantánea y uniforme en todo el grano almacenado, reduciendo así los tiempos y concentraciones necesarios para la eliminación completa de la plaga. El sentido de la recirculación en el seno del bulto de granos es manipulable, dirigiendo la entrada del ozono al domo o a la base de la columna según convenga.

Description

APARATO Y METODO DE APLICACIÓN DE OZONO EN SILOS OBJETO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un procedimiento para la desinfección de granos que se encuentren almacenados en silos, basado en la distribución del gas ozono dentro del bulto de granos, en base a una caracterización dinámica de fluido para el bulto de grano.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el mundo cada año se pierden millones y millones de dólares producto del daño causado por diverso tipo de plagas que atacan el grano almacenado, las semillas expuestas a condiciones calurosas y de alta humedad generan un ambiente donde prolifera y se generalizan las plagas de insectos, hongos y bacterias que perjudican la calidad del grano y generan cuantiosas mermas en los granos. La conservación de granos es de primerísima importancia para la alimentación del hombre, animales, agricultura y la economía en general de los pueblos.

Factores que influyen en la calidad del grano 1) Bióticos: microorganismos, insectos, roedores y aves; 2) Abióticos: humedad relativa, temperatura y tiempo transcurrido. Las plagas son capaces de infestar el grano en cualquiera de las etapas de desarrollo y también durante su almacenamiento. En las regiones húmedas y calurosas, las plagas de los insectos y hongos crean serios problemas de calidad en el grano, produciéndose pérdidas de entre 5-10% anuales. Cuando la HR está por encima del 75 % se da el crecimiento bacteriano y de un 80 % se da el crecimiento de hongos. Al existir un daño por insectos aumenta la posibilidad de la contaminación de los granos con hongos productores de toxinas como Aspergillus.

La búsqueda permanente de procesos y tecnologías para evitar o reducir las pérdidas económicas causadas por las diversas plagas que atacan a los granos almacenados es de suma importancia para la humanidad.

Para evitar la proliferación de plaga los granos almacenados tradicionalmente son fumigados con la sustancia química denominada Fosfuro de Aluminio o Fosfina la cual es altamente toxica, estas aplicaciones requieren de dos a tres días para completar la fumigación del grano, durante la acción del fumigante los silos son hermetizados para que el gas tenga más tiempo en contacto con el grano y la plaga y de esta manera penetre de forma más efectiva el bulto de granos.

Un silo es una estructura diseñada para almacenar grandes volúmenes de material a granel, ya sean de cereales, leguminosas u oleaginosas. Los silos generalmente son de forma cilindrica, fabricados con placas de fierro liso ó corrugado, galvanizado, de diferentes grosores; con capacidades que varían de 50 a 1000 toneladas y con dimensiones que van de acuerdo a la capacidad del silo. Los silos son una estructura de generalmente 3 a 20 m de diámetro y 10 a 25 m de altura. La base de los silos puede ser plana o cónica para facilitar la salida del grano. El techo es cónico, por lo general con un ángulo de caída de 25°. Para su mejor funcionamiento, los silos pueden estar equipados con piso perforado para el secado del grano ó sistema de aireación a base de moto ventiladores y termo sensores para la medición de la temperatura del grano.

Cuando los granos son cosechados con un elevado contenido de impurezas, las impurezas son portadoras de insectos y por lo general en grano recién cosechado, contienen un porcentaje de humedad alto. La acumulación de impurezas en el silo, propicia la elevación de la temperatura del grano, y su compactación impide el paso del aire de los sistemas de aireación. Si el grano es cosechado húmedo, es necesario contar con equipo de secado, el cual puede ser a base de carnadas o de flujo continuo. El grano almacenado húmedo, rápidamente es invadido por microorganismos formando una masa compacta de grano caliente y descompuesto. En las regiones con climas más cálidos en donde la radiación solar es de consideración, el sistema de aireación juega un papel muy importante ya que la diferencia entre la conductividad del calor de la lámina metálica y el grano, propicia la migración del aire intersticial caliente y húmedo hacia zonas más frías en donde se condensa la humedad; propiciando el deterioro del grano. La aireación homogeniza la temperatura del silo, evitando la condensación de humedad.

El ozono es un gas que se caracteriza por su alto poder oxidante, no es almacenable porque su molécula es muy inestable y se descompone rápidamente en oxigeno, su aplicación es in situ, la acción del ozono elimina los malos olores, ataca bacterias, hongos y virus, generando un ambiente sanitizado en el interior de los silos.

Estudios de laboratorio nos indican que 50 ppm de ozono son necesarios durante 3 días para lograr la mortalidad total de insectos adultos comúnmente encontrados en maíz almacenado y con concentraciones de 25 ppm eran necesarios 5 días (Strain, 1998). Este mismo estudio demostró que la fumigación de granos de ozono tiene dos fases distintas. El maíz no tratado previamente con el ozono tiene sitios inherentes en su superficie que reaccionan con el ozono durante la fumigación inicial (Fase 1). El ozono se degrada al reaccionar con estos espacios. Este fenómeno ha sido descrito como la demanda media de ozono (Kim et al., 1999). Una vez que estos sitios han reaccionado con el ozono (Fase 2), la tasa de degradación del ozono disminuye. El reto de la fumigación de ozono es la Fase 1, para producir concentraciones suficientemente altas de ozono para penetrar en todo el bulto del grano en un corto periodo de tiempo.

Además de ser libre de residuos, la fumigación con ozono tiene ventajas sobre las tecnologías existentes de fumigación. El ozono puede reducir el número de insectos y esporas de hongos en los granos en tan sólo 3 días. En condiciones de circulación de aire apropiadas, las concentraciones de ozono se mantienen de forma continua y regulada automáticamente durante el proceso de la fumigación. La corta vida media del ozono y su degradación en oxígeno molecular elimina la contaminación ambiental evidente con otros fumigantes.

La patente española ES2200642 A1 se refiere a un procedimiento para la desinfección de alimentos y agua de boca utilizados para alimentar el ganado y tratar los purines porcinos, sometiéndolos a su inactivación microbiológica por separado, propiciada por la aplicación de ozono.

Sin embargo, no se encontraron antecedentes de un procedimiento similar al de la presente invención a pesar de los avances tecnológicos en silos para almacenamiento de granos.

La presente invención presenta grandes ventajas con respecto a los mecanismos existentes de gasificación de silos en la actividad, debido principalmente a las siguientes consideraciones básicas sobre la aplicación eficiente del ozono en silos: Consideraciones básicas sobre la aplicación del ozono en Silos. a. La distribución del gas ozono dentro del bulto de granos es determinante para lograr su efectividad como fumigante. Caracterizar la dinámica del movi miento del gas a través de los distintos tipos de granos es de vital importancia para su uso en grandes contenedores de almacenamiento. b. Si el ozono se aplica en el domo o el fondo de la columna de granos, el gas no avanza con un flujo uniforme o laminar dentro del bulto de granos y se forman trayectorias o caminos en el seno del bulto de granos. c. El gas ozono penetra la periferia (muro ) del bulto de grano con mayor facilidad que el centro, presumiblemente debido a un nivel superior de material fino en el centro de la masa de maíz. d. El contacto del aire ozonizado con el grano, impurezas y plaga provoca reacciones y consumo sostenido de ozono, debido especialmente a los contenidos de ácidos grasos insaturados de los granos , lo cual explica los casos de altos consumos de ozono y tiempos de contacto necesarios (días) para lograr la mortalidad completa de insectos. e. El problema principal para utilizar al ozono como fumigante consiste en lograr reducir los tiempos de contacto y las altas concentraciones hasta hoy reportadas. f. Los insectos no necesitan largos tiempos ni altas concentraciones para morir. Esto significa que la aplicación apropiada de ozono debe consistir en resolver un problema de distribución de gas dentro del bulto de granos. g. Entre más lenta es la velocidad del flujo del ozono, este tiene un tiempo mayor de contacto con la superficie del grano e impurezas y dispone de más tiempo para degradarse o consumirse reduciéndose la efectividad al combate de la plaga misma. h. Una menos eficacia del ozono como fumigante puede explicarse por las reducciones de flujo del gas causado por el aumento en la cantidad de material fino o más áreas de contacto de reacción con el germen y el endospermo expuesto. Un mayor flujo de gas favorece la eficacia del ozono. i. Al ser el Ozono un gas en movimiento permite lograr una capacidad de penetración en los espacios intergranulares y mantener concentración apropiadas de fumigación esto es una ventaja respecto a las fumigaciones pasivas con Fosfina. j. La introducción del ozono a través de la parte superior de la columna es preferible porque la mayoría de los insectos por lo general se encuentran en el espacio del domo y la parte superior de la masa de granos. Esta área también tiene el mayor daño potencial causado por hongos debido a la posibilidad de mayor contenido de humedad. k. La efectividad del ozono es mayor en ambientes húmedos y fríos, elimina mejor todo tipo de esporas y microorganismos.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION.

La presente invención proporciona un procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, dado que los procedimientos corrientes son inapropiados por la toxicidad de las sustancias que se utilizan, se presenta el procedimiento basado en las consideraciones que se detallan a continuación, y que con su aplicación se consigue una mejor conservación de los granos, que además es amigable con el medio ambiente.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS.

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, los dibujos en los que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La figura 1 muestra un esquema del proceso de aplicación del ozono en un silo.

DESCRIPCIO DE LA INVENCION La figura que se especifica es esquemática, tal como se ha indicado, pero muestra fidedigna y claramente todos los elementos para la realización del procedimiento para la desinfección de granos de silos, donde el ozono es re circulado a través de los espacios intergranulares, manteniendo una concentración apropiada para la eliminación de insectos.

Para lograr una óptima aplicación-distribución del gas en el bulto del grano, el diseño de ozonización es a base de un maniful central vertical (1) de 4 pulgadas de diámetro y de longitud equivalente a la altura del silo; Este maniful lleva conectado a lo largo de su longitud a diferentes niveles de la columna unidades de 8 tuberías radiales (2) de1.5 pulgadas de diámetro; cada tubo radial contiene un gran número de pequeños orificios de salida de gas al seno del grano de tal manera que permite cubrir todos los espacios de la columna de grano y garantizar un contacto del gas de forma inmediata y homogénea en todo el volumen del silo.

Las paredes de las tuberías utilizadas en la distribución del ozono son de alta resistencia para soportar el peso del grano y que no sufran ninguna avería cuando el silo sea cargado.

El flujo de recirculación del gas a través de la masa de grano se logra conectando las tuberías de entrada (3) y salida (4) del extractor (6) a diferentes extremos del silo, una de ellas al domo y la otra a la base del silo, en un extremo se presenta un impulso (presión positiva) del gas y en el otro una extracción (presión negativa) del mismo, generando así una suma de fuerzas que le permiten al gas vencer la resistencia del flujo a través de la masa de granos. Los extremos del silo cargado siempre son espacios vacíos (5), tanto el domo como la base nunca son ocupadas por el grano almacenado de tal forma que el maniful de distribución central (1) de gas es alimentado por el extractor (6) con aire ozonizado que proviene del domo o de la base, dependiendo la dirección del flujo aplicada, forzándolo a recorrer toda la masa del grano, la recirculación es mantenida por determinado tiempo de contacto a una dosis o concentración de ozono definida de antemano.

La saturación del grano es relativamente rápida por ser un sistema cerrado en recirculación con una alimentación de ozono en su trayecto. Esto permite eliminar la plaga con más bajas cantidades de ozono y en menor tiempo.

El sentido de la recirculación del ozono en el interior de la columna, se puede direccionar en forma ascendente o descendente para una mejor sanitizacion de la semilla almacenada.

El sistema de tuberías de alimentación y distribución del aire ozonizado contiene una serie de válvulas exteriores (6) y (8) que permite manipular y direccionar el sentido del gas en el seno del silo, de esta forma el ozono se puede aplicar de manera más efectiva en el domo, fondo o la parte central de la masa evitando así la formación de "caminos" o trayectorias del gas en el seno del grano.

Nuestro diseño de ozonización permite reducir los tiempos de contacto y evitar las altas concentraciones de ozono que pueden provocar aromas al grano, garantizando una efectiva fumigación dirigida de manera preferencial a lograr la mortalidad completa de insectos ya que estos no necesitan altas dosis para morir, por otro lado, hemos visto, que los granos poseen altos contenidos de ácidos grasos insaturados los cuales son compuestos químicos que reaccionan de manera directa con el ozono generando altos consumos del mismo y prolongados tiempos de contacto.

El mecanismo de aplicación y distribución del gas en el silo incluye un potente extractor capaz de impulsar el gas y generar flujos o velocidades que permiten menores tiempos de contacto con los materiales finos y la superficie del grano, al ser el Ozono un gas en movimiento logra una mayor penetración en los espacios intergranulares y mantener concentración apropiadas de fumigación esto es una ventaja respecto a las fumigaciones pasivas con Fosfina.

La forma de operar la aplicación de ozono en el silo consiste en llevar a cabo una recirculación del aire ozonizado por un tiempo determinado a una concentración de ozono dada hasta lograr eliminar completamente la plaga contenida en el grano almacenado.

Con el objeto de lograr una mejor y pronta saturación de los espacios intergranulares el silo debe ser previamente hermetizado para que el sistema de recirculación sea más efectivo, de la misma manera se puede cambiar periódicamente el sentido del flujo de ozono, esto se hace manipulando las válvulas de control de flujo, para aplicar un flujo en dirección descendente se mantienen abiertas las válvulas "D" (8) y cerradas todas las válvulas "A" (7) y para el caso de flujo ascendente se cierran todas las válvulas "D" y se abren las "A". De igual forma la recirculación puede ser suspendida u operada de manera intermitente por algún tiempo y reactivar de nuevo hasta que sea checada la mortalidad de todo tipo de plaga.

Por otra parte, es altamente recomendable llevar a cabo primero una limpieza completa del silo, una previa Sanitización general con ozono y aprovechar el momento de llenado para simultáneamente estar aplicando el ozono en el grano que se está vaciando. También es recomendable realizar aplicaciones de ozono - lo antes de secar el grano completamente pues la acción del ozono se ve favorecida en ambientes de humedad relativa altas y bajas temperaturas.

La inyección de ozono en las tuberías de recirculación del gas se hace en dos puntos de estas tuberías manipulando las dos válvulas con las que cuenta las mangueras del flujo de ozono, para el flujo Descendente se abre "X" (10) y se cierra "Y" (11) y viceversa para el flujo Ascendente.

De acuerdo al procedimiento de la presente invención se debe realizar un diagnostico completo de las condiciones del grano almacenado, especialmente observar el grado de deterioro de dicho grano, que en conjunto con el grado de plaga, son factor determinante para la cantidad de ozono requerida.

La presente invención está además ilustrada a través de un ejemplo no limitante que se presenta a continuación: Ejemplo: Se realizaron diversos estudios aplicando ozono a diferentes tipos de granos con las siguientes características: enteros en buen estado, quebrados en buen estado, y grano deteriorado con material fino. Se analizaron los niveles de consumo de ozono y los tiempos de aplicación requeridos para la eliminación de la plaga.

Con el fin de contrastar los niveles de consumos de ozono, según el estado físico del grano, se almacenó una cantidad fija de maíz en una columna, se tomaron medidas de la dosis de aplicación y también del ozono residual a la salida de la columna, todo en función del tiempo.

Se utilizaron tres tipos de maíz, se cuantificó el número de plaga muerta, la calidad del grano, aflatoxinas, análisis proximal, entre otros parámetros para estudiar el impacto de la ozonización en el grano de maíz.

Esta metodología logra una eficiente ozonización en todo el bulto de la masa del grano almacenado en el silo, de esta manera reduce la necesidad de aplicar altas concentraciones de ozono y prolongados tiempos de contacto para realizar la total eliminación insectos, microorganismos y todo tipo de plaga en el grano almacenado. Es decir, la técnica consiste en implementar una distribución del gas en la columna de granos, para ello se diseña y se implementa un mecanismo interno de tuberías que permite realizar una recirculación del gas en diferentes direcciones, cuya dirección de flujo puede ser alternada para garantizar una mejor distribución del ozono en el bulto de granos.

También se realizaron pruebas de laboratorio, atendiendo los cánones estadísticos, para lo cual se utilizaron 12 unidades experimentales para cada tipo de maíz, se registró la concentración de ozono en la salida de la columna (Ozono Residual), en todos los casos se aplicó la misma concentración de ozono y se'calcula el consumo de ozono con la formula: Consumo = Entrada de Ozono - Ozono Residual Consumo = (40 mg/L) - Ozono Residual a) Maíz entero expuesto al ozono durante 8 horas b) Maíz quebrado expuesto al ozono durante 12 horas y c) Maíz deteriorado expuesto al ozono durante 30 horas Presentación de resultados promedios TABLA 1 MORTANDAD EN EL TIEMPO TIEMPO (MIN) % MUERTOS 0 0.00 30 0.02 60 0.53 90 0.74 120 0.76 150 1.00 180 1.00 TABLA 2 RESULTADOS DEL ANALISIS PROXIMAL Unidad % % % % % Experimental Proteínas Cenizas Grasas Fibra Carbohidratos Cruda 1 7.78 1.31 4.19 1.13 74.04 2 7.95 1.10 4.26 1.29 74.35 3 8.03 1.06 4.34 1.48 74.22 4 8.01 1.17 4.52 1.21 74.36 5 7.93 1.13 4.36 1.02 74.99 6 7.37 1.10 3.83 1.37 74.72 7 8.09 1.23, 4.37 0.95 74.73 8 7.41 1.21 4.22 1.48 73.52 9 8.00 1.14 4.15 1.36 74.34 10 8.04 1.21 4.18 1.16 73.71 11 7.50 1.19 4.04 1.44 73.71 12 7.56 1.14 4.41 1.49 74.62 De acuerdo a la tabla 1 , en todos los experimentos se observa siempre que la mortandad de los insectos es creciente en función del tiempo. La concentración de ozono de 40 mg/L es suficiente para eliminar al 100% los insectos Sitophilus zeamaiz y Tribollum castaneum. Encontramos que la resistencia al ozono de los insectos no es la misma, el tiempo para alcanzar el 100% de la mortandad varía, así tenemos que el Tribollum castaneum son más resistentes que los Sitophilus zeamaiz. Tenemos que fueron necesarias solo 3 horas para eliminar el 100% de los Sitophilus zeamaiz y 15 horas para eliminar los Tribollu.

La tabla 2 muestra lo siguiente en cuanto a la calidad de grano: El maíz ozonizado a 40 mg/L, durante 8 hrs, no mostró cambios en su calidad proximal y mineral, el ozono no afecta la calidad del grano. La aplicación de 40 mg/L de ozono durante 8 horas en maíz entero, no impactó negativamente en la calidad del grano.

En cuanto a los ácidos grasos libres: El ozono con una concentración de 40 mg/l durante 8 Hrs. no mostró diferencia significativa de índice de peróxidos, ácidos grasos libres y perfil de ácidos grasos; Hongos y Aflatoxinas: El género Aspergillus, en las diluciones seriadas se obtuvieron reducciones de: Un 89.63% en 2 hrs, 96.07% en 4 hrs, y 97.94% en 8 hrs de ozonización. El género Rhizopus, en las diluciones seriadas se obtuvo una reducción del 67% en 30 hrs de ozonización. El contenido de aflatoxinas totales se redujo de acuerdo al tiempo de ozonización: Un 10.67% (4 hrs), 54.52% (8 hrs) y 57.79% en 30 hrs. Resultados todos favorecen la calidad del maíz cuando es ozonizado.

En cuanto al consumo de ozono tenemos que, los modelos obtenidos para describir el consumo del ozono en el maíz son diferentes dependiendo del tipo de maíz utilizado. Se observó que el consumo de ozono depende directamente de las condiciones físicas del maíz, debido a los altos contenidos internos de ácidos grasos insaturados (33%), compuestos químicos que se caracterizan por consumir grandes cantidades de ozono. Así queda claro que el grano deteriorado, picado y con materia fina consumirá grandes cantidades de ozono y la eliminación de la plaga se retardará enormemente. Nuestro diseño y metodología reduce los consumos de ozono en general y favorece la eliminación de la plaga debido a la dinámica y distribución del aire ozonizado en el seno de la columna del grano evitando lentos recorridos intergranulares.

Claims (9)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, caracterizado por la recirculación de gas ozono a través de los espacios intergranulares.

2. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a la cláusula anterior, caracterizado por la distribución de gas ozono dentro del silo a través de un maniful central vertical(1) de al menos 4. pulgadas de diámetro y longitud equivalente a la altura del silo.

3. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado porque dicho maniful central vertical(1), incluye a lo largo de su longitud unidades de tuberías radiales(2) con pequeños orificios de salida de gas.

4. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado porque el flujo de recirculación de gas ozono se logra conectando las tuberías de entrada(3) y salida(4) del extractor(6) a diversos extremos del silo, una de ellas al domo y la otra a la base de dicho silo.

5. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado porque los extremos del silo cargado siempre son espacios vacíos(5), tanto el domo como la base de dicho silo, de tal forma que dicho maniful(1) es alimentado con aire ozonizado proveniente del domo o de la base.

6. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado porque el sentido de recirculación del aire ozonizado en el interior de la columna de granos se puede direccionar en forma ascendente o descendente para una mejor sanitización de la semilla almacenada.

7. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado porque el sistema de tuberías de alimentación y distribución del aire ozonizado contiene una serie de válvulas exteriores(7) y (8) que permiten manipular y dirigir el sentido del aire con ozono en el seno de dicho silo.

8. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado por hermetizar completamente dicho silo para lograr un sistema de recirculación cerrado y de esta forma facilitar la saturación del espacio cerrado con aire ozonizado.

9. Procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, de acuerdo a las cláusulas anteriores, caracterizado porque el flujo de aire ozonizado se garantiza conectando las tuberías de entrada y salida del extractor, una de ellas al domo y la otra a la base de dicho silo, en un extremo se presenta un impulso (presión positiva) del aire con ozono, y en el otro una extracción (presión negativa), generando así una suma de fuerzas que permiten vencer la resistencia del flujo a través de los espacios entre los granos. RESU EN Se describe un procedimiento para la desinfección de granos almacenados en silos, el cual se basa en la recirculación de aire con ozono a través de los espacios intergranulares, manteniendo una concentración apropiada de ozono para la eliminación de insectos. El diseño de aplicación de aire ozonizado en el interior de la columna de granos por medio de un maniful centrado, con una serie de tubos radiales perforados. El sistema es altamente eficiente ya que se logra una distribución de gas instantánea y uniforme en todo el grano almacenado, reduciendo así los tiempos y concentraciones necesarios para la eliminación completa de la plaga. El sentido de la recirculación en el seno del bulto de granos es manipulable, dirigiendo la entrada del ozono al domo o a la base de la columna según convenga.