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ESTACION DE TRATAMIENTO

HIDROTÉRMICO PARA

SEMILLEROS

ETH13-1

La estación de desinfección tiene como propósito principal realizar la desinfección de semillas de

forma óptima con un control preciso de temperatura, optimizando en tiempos y costos de

producción.

DESCRIPCION DETALLADA

La estación está integrada por dos subsistemas interconectados a una Interface HMI (Interface

Humano-Maquina), que es manipulada desde un tablero de control automatizado por un solo

operador; el subsistema hidrotérmico consta de una tina de acero inoxidable en forma cilíndrica, que

logra una óptima homogenización de la temperatura y tiene una eficiencia térmica del 85% debido a

su aislamiento. Cuenta con una segunda tina de acero galvanizado para remojar la semilla previo a

la desinfección que se utiliza para impactar la semilla con un choque térmico después del

calentamiento. La estación realiza la operación de desinfección bajo un control térmico, con precisión

de ±0.1˚C. El calentamiento inicia con un calentador industrial de paso de acero inoxidable a base

de gas LP, con una eficiencia térmica del 85%, que reduce el consumo de gas en un 60%, a

diferencia de quemadores convencionales, y eleva la temperatura del agua a 47˚C en un lapso de

65 minutos en condiciones ambientales de 22°C y a una altura de 1850 msnm. Posteriormente un

sistema de resistencias eléctricas, las cuales se encuentran dentro de la tina hidrotétmica, continúa

el calentamiento hasta la temperatura deseada, que se mantiene con precisión utilizando sensores

resistivos. El segundo subsistema es una grúa aérea con polipasto eléctrico, controlado por la

interface en una pantalla táctil, que realiza automáticamente carga y descarga de las canastas

metálicas. El control-interface regula la temperatura de la tina hidrotérmica y todos los movimientos

posibles a realizar con la grúa.


En México se han reportado 23 enfermedades parasitarias en la caña de azúcar, seis de

ellas, se consideran principales por los niveles de daños causados.

De estas últimas, cuatro, (mosaico, raquitismo de las socas, escaldadura y carbón) se

pueden transmitir vía semilla agámica

El tratamiento hidrotérmico es el método más usado para desinfectar semilla de caña de

azúcar, pues otras alternativas como la utilización de aire caliente o vapor aireado, son de

mayor complejidad en su manejo y requieren de importantes inversiones para su

explotación.

El tratamiento hidrotérmico resulta muy eficaz en el control de la bacteria Leifsonia xyli

subsp xyli, agente causal del raquitismo de las socas (RSD), enfermedad ampliamente

distribuida en todas las zonas cañeras de México.

Las afectaciones provocadas por RSD en territorio mexicano oscilan entre 5 y 10% del

rendimiento promedio de campo, que se traduce en pérdidas de 3.5 a 7 ton de caña/ha

En años de extrema sequía las perdidas pueden alcanzar hasta un 30%, equivalente a 21

ton de caña/ha.

Con la aplicación de dos tratamientos hidrotérmicos, en semilla de la variedad Mex57-

473, en el Ingenio de Atencingo, se logró reducir los haces vasculares obstruidos en ese

material de siembra, hasta en un 11%.

En el ingenio Atencingo, México, se está implementado un programa de semilleros

categorizados para establecimiento comercial y proporcionar semilla de calidad.


FICHA TECNICA ETH13-1

CONSUMO ENERGÉTICO ENERGÍA ELÉCTRICA

POTENCIA VOLTAJE POTENCIA

POLIPASTO 220 V 1.7 KW

SISTEMA DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS [x6] 220 V 0.01 KW

TABLERO DE CONTROL 110 V 11 KW

BOMBA DE RECIRCULACIÓN/TURBULENCIA 220 V 1.7 KW

BOMBA DE RECIRCULACIÓN/CALENTADOR 110 V 0.216 KW

BOMBA DE RECIRCULACION TINA HIDROTERMICA [x3] 110 V 0.33 KW

CALENTADOR DE PASO A GAS 110 V 0.022 KW

CONSUMO ENERGÉTICO ELÉCTRICO POR TONELADA

ENERGÍA QUIMICA

EFICIENCIA TERMICA GAS LP

**GAS NATURAL

CALENTADOR DE PASO A GAS 85% 3.3 m3/h 9.3 m3/h

CONSUMO DE GAS LP POR TONELADA 2.25 m3

**CONSUMO DE GAS NATURAL POR TONELADA 6.2 m3

DIMENSIONES ESTRUCTURA ESTACIÓN

LARGO 10 m

ALTO 3.55 m

ANCHO 3 m

TINA DE REMOJADO BASE INFERIOR 1.3 m

BASE SUPERIOR 2.10 m


LARGO 4.5 m

ALTO 1.15 m

VOLUMEN INTERNO (*para 3 cargas de 500 Kg) 10.57 m3

TINA HIDROTÉRMICA DIAMETRO INTERIOR 1.7 m

DIAMETRO EXTERIOR 2 m

ALTURA 1.35 m

VOLUMEN INTERNO

CAPACIDADES CARGA EN CANASTA DEPENDIENTE DE VOLUMEN 540 Kg.

CARGA DE POLIPASTO ELÉCTRICO 980 Kg.

TANQUE DE GAS LP 300 Lts.

CANASTAS EN TINA DE REMOJADO 3

CANASTAS EN TINA HIDROTÉRMICA 1

PESO NETO DE LA ESTACIÓN 1280 kg

**LA POTENCIA ELÉCTRICA DE ALIMENTACION DEL SISTEMA SE PUEDE DISEÑAR A SOLICITUD DEL CLIENTE PARA TRABAJAR EN ALIMENTACIONES TRIFASICAS O MONOFASICAS, EN EL RANGO DE VOLTAJES DE 110V, 220V, 440V. ADEMAS MODIFICAR LAS DIMENSIONES Y CAPACIDADES. -El someter a la estación a un rediseño puede implicar algúnos cambios en algunas especificaciones técnicas presentadas en este documento. **PUEDE USARSE GAS NATURAL O GAS LP PARA OPERAR EL CALENTADOR ** LA ESTRUCTURA DE LA ESTACION ES MODULAR Y PUEDE SER

DESARMADA PARA POSIBLES REUBICACIONES.


IMÁGENES DE LA ESTACIÓN

Figura 1. Vistas isométricas de perfil izquierdo y derecho de la estación.


Figura 2. Vista isométrica de tina de remojado y secciones para canastas.


Figura 3. Vista isométrica de tina Hidrotérmica y estructura de tina para aislante térmico.


Figura 4. Vista frontal de la estación.


PROCESO DE DESINFECCIÓN

1. En la tina de remojado se sumergen las semillas que se encuentran dentro de la canasta y

se oxigenan por medio de caídas de agua que se desarrollan por medio de bombas que

recirculan el agua.

2. Después de que se hace el remojado y oxigenación de las semillas, se traslada la canasta

con las semillas por medio de la grúa automática, haciendo uso de la pantalla táctil e

interface, hacia la tina de desinfección hidrotérmica.

3. Antes de realizar la carga en la tina hidrotérmica se realiza el proceso de precalentamiento

del agua contenida en la tina de desinfección hidrotérmica. Esto se realiza por medio de un

calentador industrial de paso y un sistema de recirculación que funciona por medio de una

bomba que mueve el agua en el sistema Tina Hidrotérmica-Calentador. Una vez que se llega

a la temperatura de operación, la cual es establecida por el operador y comúnmente es entre

los 50 o 51 grados centígrados, se comienza con la segunda etapa de calentamiento; esto

regulado por un sensor que se encuentra conectado en el sistema de regulación y el cual

por medio del proceso de control automático desactiva la bomba de circulación del

calentador y el calentador industrial de paso.

4. En la segunda etapa de calentamiento se comiza a desarrollar el control de precisión de la

temperatura, esto por medio de un controlador de temperatura tipo PID y la entrada de

energía por medio de las resistencias eléctricas que permite mantener la temperatura

durante el tiempo establecido. Los parámetros temperatura y tiempo son establecidos por el

operador en el tablero de control donde se encuentra la pantalla táctil.

5. Una vez terminado el proceso de desinfección dentro de la tina hidrotérmica la grúa aérea

se encarga de sacar la canasta con las semillas y realizar dos tipos de movimientos

subsecuentes dependiendo de lo que el operador desee hacer:


El primer tipo de movimiento posible es regresar la canasta de desinfección, dentro

de la cual se encuentra la semilla de caña a una temperatura alta, hacia la tina de

remojado; por medio de ese movimiento se agrega un paso adicional de

desinfección el cual es el choque térmico para realizar una mejor desinfección. En

este paso se reduce la temperatura de las semillas desde la temperatura de

desinfección a la temperatura ambiente (en promedio una reducción de 25 °C), en

un lapso de 20 a 25 segundos. Después de este proceso se regresa la canasta a la

posición inicial dando como terminado el proceso de desinfección.

El segundo tipo de movimiento es regresar la canasta a la posición inicial para tomar

las semillas y poderlas utilizar como producto final para realizar la siembra con

semillas más saludables.

TINA HIDROTERMICA

La tina hidrotérmica está hecha con acero inoxidable para evitar la corrosión ya que se trabaja con

caña de azúcar, la cual al tratarse hidrotérmicamente libera jugo de la caña el cual es muy ácido y

puede dañar a la tina en el caso de que esta fuera de otro material. La tina hidrotérmica cuenta con

un aislante térmico, la primera capa de aislante, la cual se encuentra pegada a la parte exterior de

la tina, es de fibra de vidrio y la segunda capa es de poliuretano. Gracias al aislante tenemos una

reducción de 0.3 °C/h con una temperatura ambiente promedio de 22 °C y a una altura de 1850

msnm. En la base superior de la tina hidrotérmica se encuentra la tapa de la tina la cual es trasladada

por medio de la grúa automática cuando se necesita introducir una canasta. La tina hidrotérmica

cuenta con las salidas y entradas de agua para desarrollar la recirculación para turbulencia y la

recirculación de calentamiento1; la recirculación por turbulencia para la homogenización desarrollada

1 La recirculación para turbulencia se lleva a cabo cuando se está desarrollando el proceso de control por medio de las resistencias eléctricas.


en la segunda etapa de calentamiento se lleva a cabo en 7 min, esto quiere decir que todo el volumen

de agua que se tiene dentro de la tina hidrotérmica pasara por la bomba de recirculación en ese

lapso de tiempo.

GRUA AEREA

Su movimiento es lineal, este tipo de movimiento se desarrolla en un riel por el cual corre un polipasto

electro-mecánico el cual realiza las cargas y descargas de las canastas a utilizar en la estación de

desinfección. Para que el sistema de control realice las cargas y descargas de una forma automática

se deben de censar las posiciones en las que se mueve el polipasto sobre el riel; para este control

de la grúa se utilizan sensores los cuales detectan el cuerpo del polipasto cuando se desplaza

linealmente y la altura a la que se encuentra la canasta verticalmente.

Por medio de un sujetador, que está controlado automáticamente, se realiza la sujeción y liberado

de las canastas y de la tapa de la tina hidrotérmica.

SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA

Dentro de un gabinete se encuentran interconectados todos los elementos necesarios para

desarrollar el control lógico, programado en un PLC. La interface de control permite a la maquina

interactuar con el operador para que este establezca los parámetros de operación del proceso

(temperatura y tiempo). La precisión de temperatura se realiza mediante un control tipo PID. Todos

los elementos electrónicos de control son para uso en condiciones de semi-intemperie aptos para

trabajar a altas temperaturas y niveles de humedad relativa, además de un uso rudo continuo.


Para la caña de azúcar el proceso de desinfección se desarrolla de la siguiente forma:

Este proceso de desinfección se desarrolla de forma térmica en la que la temperatura del agua,

contenida en la tina hidrotérmica, se transfiere a la caña.

Las semillas de caña, yemas de caña de azúcar, se tienen que llevar a los 50 °C, durante un lapso

de 2 horas, o 51 °C, durante una hora. Este sistema es el más efectivo en el control del raquitismo

de la soca2, enfermedad que afecta la germinación de las yemas en algunas variedades.

Figura 5. Fotografía de la estación de tratamiento hidrotérmica ETH13-1.

2 El raquitismo de la soca (RSD) es una de las principales enfermedades de la caña de azúcar

cuyo agente causal es la bacteria Leifsonia xyli subsp.xyli (Denis et al., 1984) (Evtushenko et al, 2000). La enfermedad fue descubierta primero en Queensland en 1944 como un achaparramiento en la variedad Q 28. Actualmente se encuentra ampliamente distribuida en las áreas cañicultoras del mundo.

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