Distribución y Retención de Dióxido de Carbono en Bodegas de Barcos Tratados Durante el Viaje – Shlomo Navarro y otros

Distribución y Retención de Dióxido de Carbono en Bodegas de Barcos Tratados Durante el Viaje

Shlomo Navarro

Green Storage Ltd snavarro@013.net

Hagit Navarro

Green Storage Ltd.

Nadav Inbari

Green Storage Ltd.

Para una exitosa fumiga- ción con CO2, se necesitan identificar las especies de insectos más tolerantes y la etapa de desarrollo presente en el producto expuesto al CO2. Si se matan las plagas más tolerantes, también se matarán las menos tolerantes. Sin embargo, los datos disponibles no son suficientes para determinar los niveles de CO2 necesarios para matar todas las etapas de desarrollo de todas las especies de insectos. Las concentraciones de gas y los tiempos de exposición recomendados en la literatura no siempre se describen con los mismos términos. Jay y D'Orazio (1984) recomendaron un tratamiento del 60% de CO2 durante 4 días, mientras que Banks et al. (1980) recomendaron una concentración inicial de CO2 del 70% que descendía a no menos del 35% en 10 días. Para comparar la eficacia de los tratamientos, puede ser posible seguir la recomenda- ción como un producto de concentración-tiempo (ct) (Monro 1969; Anónimo 1989). Bajo una concentración de gas constante, el producto ct sería el producto de la concentración de gas y el tiempo de exposición (Anónimo 1989). Sin embargo, es común que la concentración de CO2 disminuya con el tiempo debido a varios factores como fugas, sorción, corrientes de convección, influencia de la temperatura y cambios en la presión atmosférica. Según Monro (1969), el producto ct es equivalente al área bajo la curva concentración-tiempo. De acuerdo con Annis (1987) para controlar los insectos de almacenamiento más comunes a temperaturas superiores a 20°C, los niveles de CO2 deben estar en 40% durante 17 días, 60% durante 11 días, 80% durante 8,5 días o 70% descendiendo al 35% en 15 días.

La falta de hermeticidad al gas de una estructura de almacenamiento da como resultado la pérdida del gas CO2. Aunque

la estanqueidad perfecta al gas es un objetivo ideal, rara vez se logra. La tasa de pérdida de gas depende del grado de estanqueidad al gas (Navarro, 2006). Las fugas pequeñas y localizadas pueden crear focos donde el CO2 deja de ser letal para los insectos. Un bajo nivel de hermeticidad a los gases permite que se filtren grandes cantidades de CO2, lo que posiblemente resulte en concentraciones no letales en toda la estructura. Una hermeticidad al gas menos que perfecta siempre conduce a la falta de uniformidad dentro de la estructura de almacenamiento y al uso ineficiente del gas.

Los trabajos experimentales sobre el tratamiento de productos básicos de cereales en grandes graneles utilizando CO2 son escasos en la literatura. Navarro et al. (1985) informaron sobre el tratamiento con CO2 de un silo de acero soldado de 11 278m3 que contenía 6 881 toneladas de trigo blando rojo de invierno. El silo se purgó del conducto de aireación en la parte inferior durante 39h a una tasa de 427kg CO2/h, y durante la fase de mantenimiento, se agregó CO2 desde la parte superior durante 106h adicionales a una tasa de 79kg. CO2/h. La temperatura del grano osciló entre 18°C y 20°C en la superficie y entre 30 y 33°C en el centro del granel. Después de 30 días, se examinaron muestras de grano desde el centro hasta la parte inferior del granel, el porcentaje de reducción en la población de insectos para larvas de Tribolium castaneum, adultos de Rhyzopertha dominica y Cryptolestes ferrugineus fue del 100%, mientras que para Sitophilus oryzae fue del 98,5%.

Según Van Someren (2004), para enfatizar la importancia del monitoreo, hizo la importante afirmación de que "si no se está monitoreando, no se está fumigando". Los informes sobre la distribución y retención de dióxido de carbono en las bodegas de los barcos tratados no están

disponibles en la literatura. Sin dicha informa- ción no se podría estimar el éxito de la aplicación de la fumigación con CO2. Tras una propuesta de una empresa para informar sobre la presencia de gas CO2 durante el viaje, se invitó a Green Storage Ltd. a desarrollar el protocolo de monitoreo de gas. Por lo tanto, el objetivo del presente trabajo fue informar sobre la fumigación con CO2 realizada en una embarcación comercial para evaluar el éxito del tratamiento en el control de insectos de almacenamiento.

Materiales y métodos

Dimensión de las bodegas y mercancías almacenadas en el buque

El barco disponía de 5 bodegas de las siguientes dimensiones: • BODEGA No.1 = Largo- 6.33 to 15.2 x Ancho- 13.66 to 20 x Alto- 15.63m. • BODEGAS No. 2, 3, 4 = Largo - 27.20 x Ancho-24 x Alto- 15.33m • BODEGA No.5 = Largo- 11.25 to 16.75 x Ancho- 24 to 12.58 x Alto- 13.95m

El volumen de las bodegas del barco y las mercancías tratadas se muestran en la Tabla 1.

Monitoreo de dióxido de carbono

Para tomar muestras de gas de las bodegas del buque, se instalaron tubos de muestreo de gas de 6mm de diámetro externo y 4mm de diá- metro interno en tres niveles en la mayor parte de las mercancías. Los tubos de muestreo de gas en el centro inferior de cada bodega de barco se instalaron antes de que se cargaran las mercancías. Los tubos de muestreo de gas en el centro de la bodega del barco se instalaron durante la carga y los tubos de muestreo en la parte superior se colocaron en la superficie de la bodega del barco. Todos los tubos de muestreo de gas estaban ubicados en el centro de las bodegas del barco. Por lo tanto, había tres tubos de muestreo de gas en cada bodega de barco marcados como superior, medio e inferior.

El monitoreo de dióxido de carbono se llevó a cabo utilizando una unidad de medición de gas CO2 de UPL modelo Uniphos Pro (India) capaz de medir hasta el 100% de CO2. Dado que esta unidad estaba equipada con un detector de infrarrojos sensible a los cambios de presión de gas, era importante equipar los tubos de muestreo de gas con un emulador de presión de gas para medir las muestras de gas a la misma presión que en el ambiente del monitor de gas. Por lo tanto, las muestras de gas se extrajeron primero de cualquier longitud de tubo de muestreo en el emulador y luego en la unidad Uniphos Pro para medir la concentración de CO2.

El monitoreo de gas se llevó a cabo inmediatamente después de la purga de CO2 en la bodega del barco, después de 6h, 12h, 24h y diariamente hasta que el barco llegó a su destino. Antes de la travesía, el capitán del barco designó a una tripulación responsable de tomar las medidas.

Temperatura y humedad relativa en las bodegas

Las mediciones diarias de temperatura y humedad relativa se tomaron únicamente del espacio superior de las bodegas del barco. Para hacer una evaluación de las condiciones de los productos, se registró la temperatura de los productos antes de cargarlos en el barco, mientras estaban en el almacén como temperatura inicial a granel de los productos.

Además, en el destino de llegada, previa solicitud especial, se registraron las temperaturas de las mercancías a una profundidad de un metro.

Resultados y discusión

Lecturas del Dióxido de Carbono

Hubo fluctuaciones en las concentraciones de gas a lo largo del viaje del barco. Algunos días, no se podían tomar lecturas de gas debido a las altas olas que salpicaban la cubierta donde se agrupaban los tubos de muestreo. Además, debería ser obvio que las concentraciones de gas medidas pueden no ser constantes en los niveles medidos. Esos niveles (superior, medio e inferior) se seleccionaron con el entendimiento de lograr un mínimo de posibilidades de monitoreo de

Tabla 1. - Tipo de producto, volumen y toneladas en el buque tratado con dióxido de carbono.

gas. Como en otros estudios, la distribución de gas se vio fuertemente afectada por las corrientes de convección, la sorción de gas por el producto y la tasa de fuga (Navarro et al. 1985). En la siguiente discusión, los autores suponen que la temperatura de las mercancías en todas las bodegas de los barcos durante todo el viaje estuvo por encima de los 20°C (Tabla 2). Sobre la base de esta suposición, los niveles de CO2 se consideraron letales cuando la concentración fue del 40% durante 17 días de exposición, del 60% durante 11 días, del 80% durante 8,5 días o del 70% al 35% en 15 días a 20°C ( Annis, 1987).

En la bodega 1 (Fig. 1) la capa superior nunca estuvo por encima del 42% de CO2. Teniendo en cuenta el gran volumen del espacio superior, debido a que la bodega 1 del barco contenía solo el 30% de su capacidad total (1500 toneladas en lugar de 5000 toneladas), 2/3 del volumen de la bodega del barco era espacio superior vacío; probablemente la baja concentración observada en la parte superior (hasta un 42% de CO2) tuvo poca influencia en la mortalidad de los insectos. Sin embargo, el punto medio alcanzó el 100% de CO2 desde la etapa inicial inmediatamente después de la purga. Eso dio a entender que el punto de purga en la bodega 1 del barco estaba cerca de la mitad del granel. Después de 4 días desde la purga inicial, las concentraciones media y baja eran de alrededor del 80%. El día 11 la concentración de gas se elevó al 100%. No tenemos explicación para tal aumento; puede deberse a corrientes de convección que provocaron un cambio repentino o un artefacto. Después del día 11 y hasta el día 15 la concentración de gas se redujo alrededor del 60%. Podemos suponer que para las capas media e inferior se logró una concentración de gas superior al 60%. La disminución gradual de la concentración de gas durante los 15 y 23 días posteriores a la fumigación también tuvo poca influencia en las poblaciones sobrevivientes, ya que para la mayoría del grueso se lograron las altas y letales concentraciones de CO2 necesarias para matar a los insectos.

En la bodega 2 del barco (Fig. 2), las concentraciones de gas en la capa superior inmediatamente después de la purga alcanzaron el 100% de CO2. Pero dentro de las 24h cayó al 58% y luego permaneció durante 11 días por encima del 54%. Esta concentración tiene efecto letal marginal sobre la mortalidad de los insectos. Por lo tanto, la supervivencia de los insectos en la capa superior podría ser posible. Considerando que, el punto medio alcanzó el 100% de CO2 desde la etapa inicial inmediatamente después de la purga. Eso dio a entender que el punto de purga en la bodega 2 del barco estaba cerca de la mitad del granel. Después de 4 días desde la purga inicial, las concentraciones de la capa intermedia eran de alrededor del 96%. En el día 16, la concentración de gas en la capa intermedia se mantuvo por encima del 62%, lo que indica una concentración de gas letal para los insectos de almacenamiento. La disminución gradual en la concentración de gas durante los días 16 y 24 después de la fumigación también tuvo poca influencia en las poblaciones sobrevivientes, pero para la mayoría del granel se lograron las altas concentraciones de CO2 necesarias para matar a los insectos.

Las bajas concentraciones registradas en la capa inferior de la bodega 2 del barco son pre-

Figura 1. - Las concentraciones de dióxido de carbono (%) registradas en tres niveles (superior, medio e inferior del granel) en el centro de la bodega Nº 1 del buque 1 durante el viaje.

Figura 2. - Las concentraciones de dióxido de carbono (%) registradas en tres niveles (superior, medio e inferior del granel) en el centro de la bodega Nº 2 del buque durante su viaje.

ocupantes porque nunca superaron el 39% y la mayor parFigura 3. - Las concentraciones de dióxido de carbono (%) registradas en tres niveles (superior, medio e inferior del granel) en el centro de la bodega Nº 3 del buque durante su viaje. te del tiempo se mantuvieron entre el 10 y el 20%. No podemos estar seguros, pero lo más probable es que el extremo del tubo de muestreo estuviera bloqueado y la bomba de succión del emulador no pudiera succionar suficiente gas para la medición adecuada. Por lo tanto, nuestra evaluación sobre el control de insectos no puede Figura 4. - Las concentraciones de dióxido de carbono (%) registradas en tres niveles (superior, medio e inferior del granel) en el centro de la bodega Nº 4 del buque durante su viaje. ser concluyente.

En la bodega 3 del barco (Fig. 3) hubo fluctuaciones significativas en la concentración de gas en la capa superior entre 11% y 69% de CO2. Dado que las concentraciones de gas superiores al 40% se detectaron solo durante 11 días, podemos sospechar de insectos vivos en la capa superior. Es muy posible que la capa superior sufriera una pérdida de gas debido a una fuga. Sin embargo, los puntos medio e inferior alcanzaron el 100% de CO2 desde la etapa inicial inmediatamente después de la purga. Después de 11 días desde la purga inicial, las concentraciones media y baja eran de aproximadamente el 100%. Después del día 11 y hasta el día 14, la concentración de gas en la capa intermedia se redujo a alrededor del 55%. Por otro lado, después de la fumigación durante 20 días, la concentración de CO2 en las capas inferiores se mantuvo por encima del 70%. La disminución gradual en la concentración de gas 20 días después de la fumigación tuvo poca influencia en la mortalidad de los insectos, pero para la mayoría de la masa (capas medias e inferiores) se lograron las altas concentraciones de CO2 necesarias para matar los insectos. En la bodega 4 del barco (Fig. 4), los tubos de muestreo en las capas media e inferior se dañaron durante la carga de los gránulos de salvado de maíz. El daño a los tubos fue causado por el operador de la pala que aparentemente desconocía los tubos de plástico instalados en la mayor parte de los gránulos. Por lo tanto, solo se pudo monitorear el tubo de muestreo ubicado en la parte superior del granel. La Fig. 4 muestra que la concentración de CO2 en la capa superior estuvo por encima del 60% y se mantuvo durante 10 días. Esta concentración y tiempo de exposición no provocaría una mortalidad completa al permitir una población viva marginal. En la bodega 5 del barco (Fig. 5), las concentraciones de gas en la capa superior inmediatamente después de la purga alcanzaron solo el 68% de CO2. Pero dentro de las 72h cayó al 58% y luego permaneció durante 11 días por encima del 54%. Dicho tiempo de exposición y concentración permitiría una mortalidad incompleta con una población de supervivencia marginal. Mientras que, el punto medio, después de 19 días de exposición después de la purga alcanzó solo el 39% de CO2. Las bajas concentraciones registradas en la capa intermedia de la bodega 5 son preocupantes porque nunca superaron el 39% y la mayor parte del tiempo se mantuvieron más cerca del 25%. Lo más probable es que el extremo del tubo de muestreo estuviera bloqueado y la bomba de succión del emulador no pudiera succionar suficiente gas para la medi-

ción adecuada. Por lo tanto, no podemos tener una indicación concluyente sobre la mortalidad de los insectos. Las altas concentraciones registradas en el fondo dieron a entender que el punto de purga en la bodega del barco 5 estaba cerca del fondo del granel. Después de 13 días desde la purga inicial, las concentraciones de la capa inferior eran de alrededor del

Figura 5. - Las concentraciones de dióxido de carbono (%) registradas en tres niveles (superior, medio e inferior del granel) en el centro de la bodega Nº 5 del buque durante su viaje.

63%. La disminución gradual de las concentraciones de gas hasta 25 días después de la fumigación tuvo poca influencia en las poblaciones sobrevivientes, pero para la mayoría del granel se lograron las altas concentraciones de CO2 necesarias para matar a los insectos.

De los resultados anteriores podemos concluir que de los 15 tubos de muestreo instalados en cinco bodegas de barcos, dos tubos resultaron dañados en la fase inicial del viaje y se sospechó que dos tubos estaban bloqueados. Eso indica el mayor desafío de instalar tubos de muestreo en las bodegas de los barcos. Sin embargo, los 11 tubos restantes que funcionaron razonablemente nos permitieron comprender la distribución de gas en las bodegas de los barcos tratados con CO2.

La distribución inicial del gas no era igual en todas las bodegas. Si bien el personal encargado de la aplicación de CO2 informó de distribución de gas desde una sola tubería ubicada en el fondo de la bodega del buque, no se informó la ubicación exacta de esta tubería y su diámetro. En las bodegas 2, 3 y 4 con un volumen aproximado de 10.000 m3 cada una, para alcanzar el 100% de concentración de CO2 se puede requerir una cantidad aproximada de 15.000kg de CO2 (Navarro y Donahaye, 1990). Para purgar dicho volumen de CO2 dentro de las 5h reportadas, la tasa de purga debe ser de 3.000 kg/h que se aproxima a 1.500 m3 CO2/h. Para transportar dicho volumen sin pérdida de presión, se debe proporcionar un tamaño apropiado de conducto de distribución. Se sospecha que sin dicho canal de distribución se crearía una presión extrema cerca del punto de salida del gas. Aunque tal presión extrema existe en la tubería de distribución de CO2, se sospecha que la presión extrema puede causar un efecto de canalización en la mayor parte del producto tratado. Tal canalización provocada para liberar el gas en el granel es incontrolable y se sospecha que es la causa principal de la variación en la concentración inicial de gas. Además, la distribución de gas debe ser desde más de un conducto para permitir una distribución de gas más homogénea.

Además, para una distribución adecuada del gas, la variación en las concentraciones de gas registradas a lo largo del viaje del barco podría atribuirse a las corrientes de convección, la absorción de gas por parte del producto y la tasa de fuga. Por lo tanto, para obtener información más precisa sobre la distribución de gas, se deben introducir más puntos de muestreo en cada granel. Para volúmenes tan grandes, tres puntos de muestreo pueden ser modestamente indicativos de la presencia de gas, pero para superar la variación que pueda existir en la distribución de gas, al menos dos ejes verticales más, lo que significa que cada granel debe tener al menos 15 puntos de muestreo.

La fuga principal de las bodegas de los barcos se registró en la capa superior. Se sospecha que las escotillas no pudieron sellarse completamente para tener un sello hermético al gas. Aunque las lecturas de gas de las capas media e inferior fueron satisfactorias en la mayoría de los casos, las capas superiores son motivo de preocupación debido a que se lograron concentraciones más bajas que en las capas media e inferior.

Temperatura y humedad relativa en las bodegas del barco

Las mediciones diarias de temperatura y humedad relativa se tomaron únicamente del espacio superior de las bodegas del barco. Para hacer una evaluación de las condiciones de las mercancías, se registró como temperatura inicial de las mercancías la temperatura de las mercancías antes de cargarlas en el barco, mientras estaban almacenadas en los depósitos. Además, a la llegada a destino, previa solicitud especial, se registró la temperatura de las mercancías a una profundidad de un metro. Estos datos se muestran en la Tabla 2.

De acuerdo con la Tabla 2, las temperaturas registradas para los gránulos de salvado de maíz fueron altas (36,7ºC), pero durante el viaje y al llegar a destino fue de 23ºC. Todos los demás productos estaban en el rango normal de temperaturas en el espacio de cabeza en el rango de 23º y 28ºC. La temperatura en el destino a 1m de profundidad en la mayor parte de los productos también se encontraba en el rango normal de

Tabça 2. - Tipo de mercancía, temperatura en el almacén, temperatura del espacio superior, temperatura en el destino a 1m de profundidad y contenido de humedad (%) (base húmeda) en el almacén cargado en el barco fumigado con dióxido de carbono.

21º a 24ºC.

Los contenidos de humedad, a excepción del maíz partido, fueron normales. Sin embargo, para el maíz partido, el contenido de humedad de 13,37% (HR 70%) está por encima del contenido de humedad crítico (HR 65%). Esto significa que la actividad metabólica con este contenido de humedad puede conducir a una respiración intensa del maíz partido. Sin embargo, la presencia de CO2 en la bodega del barco podría tener un efecto de inhibición en la respiración del maíz.

Infestación de insectos

Se registraron infestaciones de insectos antes de la carga a la bodega de maíz partido y gránulos de salvado de maíz durante su almacenamiento en depósitos. La información reportada indicó una fuerte infestación de polillas y coleópteros. En un caso se reportaron los registros de Sitophilus zeamais y Tribolium spp. Sin embargo, no se tomaron muestras para revelar la infestación de insectos en el momento de la descarga de las mercancías. Por lo tanto, no podemos indicar si los insectos fueron efectivamente controlados o no. Sin embargo, una investigación del personal responsable del control de calidad en destino reportó que no se registraron insectos vivos visibles. Dado que el tratamiento de fumigación con CO2 se lleva a cabo para el control de insectos, es importante contar con muestras comparativas de productos básicos antes y después del tratamiento.

Conclusiones 1. El sistema de uso de un dispositivo de succión de muestras de gas antes de que las muestras de gas CO2 fueran transportadas a la unidad de monitoreo funcionó sin fallas. 2.La cooperación entre la tripulación del barco para informar diariamente a la empresa fue exitosa. 3.Se realizó con éxito el revestimiento de los tubos para las muestras de gas CO2 de succión, antes de cargar las mercancías en las bodegas de los barcos. 4. Se produjeron daños en los tubos de muestreo por la pala que niveló las mercancías en la parte superior de los graneles dentro

de las bodegas del buque. Esos tubos de muestreo dañados impidieron monitorear adecuadamente los niveles de CO2. De 15 muestras, 2 tubos se dañaron y 2 tubos se vieron afectados a un nivel que impidió lecturas adecuadas. 5.La temperatura y la humedad relativa se monitorearon solo en el espacio superior de las bodegas del barco durante todo el viaje.

Esas lecturas no indicarían la temperatura de las mercancías y sus valores se consideraron de importancia reducida. Por lo tanto, los puntos de muestreo de temperatura deben instalarse dentro del producto al menos a 1m de profundidad desde la parte superior. En el caso de bultos tan grandes, deberían instalarse al menos tres puntos de muestreo en cada bulto. 6.No se recibió el informe fitosanitario de descarga de la mercancía luego del arribo de la nave a su destino. Sin embargo, una investigación del personal responsable del control de calidad en destino reportó que no se registraron insectos vivos visibles. 7.El análisis de los datos recopilados revelaría el patrón de distribución de CO2, el nivel de hermeticidad al gas de las bodegas de los barcos, los niveles alcanzados de concentraciones de gases letales para los insectos y las mejoras generales necesarias para el tratamiento con CO2 de los productos almacenados en las bodegas de los barcos.

De esas lecturas de gas, parece que la tapa de la escotilla permitiría que algunas fugas causaran una pérdida significativa de gas durante el viaje. 8.Para transportar el gran volumen de CO2 sin pérdida de presión, se debe proporcionar un conducto de distribución de tamaño apropiado. Además, la distribución de gas debe realizarse desde más de un conducto para permitir una distribución de gas más homogénea.