UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

Planeación y Diseño de Almacenes para el Mantenimiento de la Calidad Total de los Granos 

y Semillas.. 

Planeación y Diseño de Almacenes para el Mantenimiento de la Calidad Total de los Granos y Semillas.

Aspectos Importantes del Almacenamiento de Granos

Una vez cosechado el Frijol se tiene que conservar de una maneratal  que  no  pierda  su  calidad  nutricional  y/o  su  capacidad  de germinación, por tal motivo, su almacenamiento debe recibir la atención adecuada para no perder  lo que con gran esfuerzo se ha producido en el campo.

Durante  el  almacenamiento,  el  Frijol  puede  ser  afectado  por factores físicos del medio ambiente como son: la temperatura y humedad, así como factores biológicos entre los que se incluyen los insectos, hongos, bacterias, roedores y aves 

Dentro de estos factores biológicos, los insectos son la plaga más importante  que  ataca  a  granos  y  productos  almacenados,  e independientemente  del  daño  que  ocasionan,  demeritan considerablemente la calidad alimenticia, el valor monetario y el poder germinativo de éstos.

En  el  caso  del  Frijol,  en México  y  en  América  en  general,  el insecto que figura como una de las plagas de mayor importancia económica  durante  su  almacenamiento  es  el  gorgojo  pinto, Zabrotes  subfasciatus (Boheman), el  cuál ataca prácticamente  a cualquier tipo de frijol, ocasionando serios daños.

es necesario buscar nuevos métodos para prevenir y combatir los insectos  que  se  desarrollan  en  el  frijol  durante  su almacenamiento;  de  tal  manera  que  garantice  seguridad, facilidad y economía en el tratamiento.  

Un método de control podría ser el empleo de polvos minerales, el cual ofrece una alternativa principalmente a la población rural, ya que en nuestro país entre el 50% y 60% de  la producción de frijol  permanece  en  manos  del  Pequeño  Agricultor  para autoconsumo o bien para ventas posteriores y es aquí donde con mayor  frecuencia  se  observan  grandes  pérdidas  en  frijol almacenado.

El  almacenamiento  de  los  granos alimenticios es un proceso costoso que trae  implícito  fuertes  gastos  y problemas  de  carácter  muy  complejo, pero  el  tener  que  guardarlos  es requisito  necesario  y  de  una importancia  decisiva  para  la  nutrición humana.

Los  granos  y  cereales  destinados  a  ser  usados  como  semillas, como  alimento  o  para  la  industria,  están  sujetos  durante  el periodo  crítico  de  almacenamiento  a  pérdidas  variables adicionales a las naturales, causadas principalmente por factores físicos o biológicos. 

La  contribución  a  un  mejor  almacenamiento,  para  un  mayor abastecimiento  mundial  de  alimentos,  presenta  dos  aspectos primordiales; siendo el principal de ellos, el de evitar pérdidas de los  alimentos  ya  producidos,  que  podrían  consumirse  si  se  les protege debidamente. El  otro  aspecto  vital  es  la  función básica del almacenamiento en la cadena mercantil que va del productor al consumidor. 

Principales Factores Causantes de Pérdidas en el Almacén

Las  leguminosas  están  sujetas  a  pérdida  durante  la  Pre y Postcosecha.  En  los  Estados  Unidos,  las  pérdidas  durante  el desarrollo  del  cultivo;  debido  a  aves  y  animales  del  suelo  es pequeña.  Sin  embargo  las  pérdidas  postcosecha  son substanciales. Esto indica que la población de insectos consume o destruye  cerca  de  un  tercio  o  una  mitad  de  los  suplementos alimenticios en el mundo.Un almacenamiento inadecuado del grano tiende a la pérdida de su peso, de su calidad y algunas veces del alimento completo.

Los factores responsables por estas pérdidas en granos pueden ser divididos dentro de factores físicos, biológicos y de carencia de almacenes adecuados. 

a) Carencia de almacenes adecuados

La función principal de un almacén, de cualquier tipo o capacidad, es  la  de  proporcionar  a  los  granos  y  a  sus  productos  toda  la protección  posible  contra  los  factores  adversos  del  medio ambiente;  como  la  excesiva  humedad,  la  temperatura  alta,  al igual que factores biológicos como lo son las plagas de insectos, hongos, bacterias, roedores y aves.

La disponibilidad de buenos almacenes y del buen manejo de  los granos es un factor muy deseable por que sin duda disminuye las  pérdidas  mundiales  de  granos;  permitiendo  disponer  de mayores  volúmenes,  para  satisfacer  las  necesidades  de  la población.

Es  necesario  saber  que  un  buen  almacenamiento  del  grano requiere de una planificación, tanto para escoger un buen lugar de almacenamiento, como para  realizar un manejo y  limpieza adecuada del grano. 

b) Factores físicosDentro de los principales factores físicos que se toman en cuenta para el almacenamiento están:  la humedad y  la  temperatura. El origen de la humedad de los granos y las semillas es muy variado, un  alto  contenido  de  humedad  en  el  momento  de  ser almacenados, constituye uno de los factores de mayor influencia en  la  conservación  de  estos materiales;  durante  el  periodo  que dura el almacenamiento. El  contenido  de  humedad  máxima  para  un  seguro almacenamiento de leguminosas es entre 13% y 15% de humedad.El contenido máximo de humedad con que un grano puede  ser almacenado  con  seguridad,  depende  básicamente  de  tres factores:  tipo y condición del grano, área ecológica donde están los almacenes y duración del periodo de almacenamiento. 

Las  semillas  de  leguminosas  contienen  agua  principalmente  en dos  formas;  agua  absorbida  y  agua  ligada. La  cantidad de  agua libre presente en  las  semillas  rige  su grado de deterioración;  su actividad biológica se presenta cuando hay humedad. La cantidad de agua requerida para ello depende del microorganismo. Para su germinación  la  semilla  requiere  de  un  alto  contenido  de humedad. Diversos cambios bioquímicos en  los granos, produce un  incremento significativo en ácido ascórbico y  la degradación de almidón, proteínas y lípidos.La  temperatura atmosférica del grano, y  la  temperatura del aire intergranular son  las  variables  cruciales  para  la  seguridad  y prolongación del grano en el almacén.Los  efectos  de  temperatura  dentro  de  un  organismo  están correlacionados  con  la  cantidad  de  humedad  presente.  Un ascenso  a  la  temperatura  corresponde  a una disminución  en  la cantidad de humedad relativa en la atmósfera.

c) Factores biológicosDentro de los factores biológicos responsables de pérdidas durante el almacenamiento de semillas se incluyen: propiedad de la semilla, presencia de insectos, hongos, bacterias, roedores, aves e insectos. El mecanismos de respiración de granos y semillas es especialmente importante después de la cosecha, pues éstos exhiben un alto rango de respiración, creando en ocasiones condiciones favorables para el crecimiento de mohos y pudiendo llegar a propiciar la putrefacción dentro de un periodo corto. Los  insectos  encontrados  comúnmente  en  leguminosas almacenadas  son Brúquidos;  los cuales presentan preferencia por climas  con  alta  temperatura  y  humedad  relativa.  Entre  los Brúquidos más comunes están: Zabrotes subfasciatus (Boheman) y Acanthoscelides obtectus (Say)  los  cuales  se  han  encontrado  en América en general, Este de África y Portugal 

Zabrotes  subfasciatus Acanthoscelides obtectus

La  principal  pérdida  económica  ocasionada  por  insectos  que infestan  granos  almacenados,  no  es  la  cantidad  que  consume, sino  lo  que  ellos  y  sus  excrementos  contaminan,  haciendo  el grano  inadecuado  para  consumo  humano  y  pueden  causar infestaciones posteriores por hongos y otros microorganismos.Los roedores generalmente son encontrados en almacenes donde se  agrupa  el  grano  en  sacos,  puesto  que  estos  no  pueden esconderse  en  volúmenes  de  grano  y  por  lo  tanto  siempre  se alimentan  del  grano  de  la  superficie  cuando  es  almacenado  a granel.

Además, hay que tomar en cuenta que sus excrementos son también una fuente de contaminación; puesto que los roedores son portadores de enfermedades: las cuales son transmisibles al hombre.

Factores que Influyen en la Calidad de los Granos Almacenados

Los factores físicos que tienen una gran influencia sobre los granos y semillas almacenados son la temperatura y la humedad relativa.Estas  dos  variables  son  a  las  que  se  les  ha  dado mayor  énfasis desde  el  punto  de  vista  de  almacenamiento,  manejo  y conservación de granos, por  la  forma  tan directa y  trascendental en que ejercen su influencia sobre éstos órganos vegetales.Existen  otros  aspectos  principales  en  el  almacenamiento,  que asociados con los factores físicos ocasionan pérdidas en los granos y  semillas  tales  como  la  carencia  de  almacenes  adecuados,  y personal mal capacitado en el manejo de cosechas almacenadas. Laconstrucción de  los almacenes debe ser planeada específicamente de acuerdo con las necesidades de la región y el tipo de clima que en  ella  predomine,  con  el  fin  de  proporcionar  a  los  productos almacenados una protección adecuada contra factores adversos del medio ambiente.

Existen numerosos  tipos de  recipientes que  se utilizan en  las  plantas  industriales  o  de  procesos.  Algunos  de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias que se dirigen  o  convergen  de  algún  proceso,  este  tipo  de recipientes  son  llamados  en  general  tanques.  Los diferentes tipos de recipientes que existen, se clasifican de la siguiente manera:

Tipos de Tanques

a) POR SU USO:

Almacenamiento de Sólidos.

Almacenamiento de Líquidos.

Almacenamiento de Gases.

Clasificación

Almacenamiento de Sólidos

Los  cilindros  abiertos  en  un  extremo,  tanto  verticales como  horizontales,  así como  los  paralelepípedos rectangulares,  se utilizan para  almacenar materiales  sólidos en polvo o granillosos, cereales, fibras, etc.

Los recipientes de formas especiales son utilizados según lo exigen  las necesidades de espacio,  resistencia o estéticas, cuando se desea obtener alguna propiedad particular, como la de bajar el centro de gravedad, concentrar las cargas, etc. 

Materiales para tanques.

Los materiales para recipientes de gas licuado deben ser apropiado para las temperaturas y no quebradizos, Se pueden utilizar algunos aceros al carbono hasta temperaturas de 59ºC (-75ºF) y aceros de bajas aleaciones hasta -101 ºC (-150ºF) y, a veces, -129ºC (-200ºF). Por debajo de esas temperaturas, los principales materiales que se emplean son los aceros inoxidables auténticos (AISI serie 300) y el aluminio.

b) POR SU FORMA:

1.Tanques Abiertos.

2.Tanques Cerrados.

3.Tanques Cilíndricos de Fondo Plano.

4.Tanques Cilíndricos Horizontales y Verticales con Cabezas Formadas.

5.Recipientes Esféricos.

1.Tanques Abiertos.

2.Tanques Cerrados.3.Tanques Cilíndricos de Fondo Plano.

4.Tanques Cilíndricos Horizontales y  Verticales con Cabezas Formadas.

5.Recipientes Esféricos.

Clasificación

Sección I Calderas de Potencia. Sección II Especificación de Materiales. Sección III Requisitos generales para División 1 y División 2. Sección IV Calderas para Calefacción. Sección V Pruebas no Destructivas. Sección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación de Las Calderas de Calefacción.

Sección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de Potencia.

Sección VIII Recipientes a Presión. Sección IX Calificación de Soldadura. Sección X Recipientes  a Presión de Plástico  reforzado  en  fibra de Vidrio.

Sección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares.

EL CÓDIGO A.S.M.E.

En  esta  parte  del  código  se  establecen  los requerimientos  mínimos  para  el  diseño,  fabricación  e inspección  y  para  obtener  la  certificación  autorizada  de  la ASME  para  los  recipientes  a  presión.  En  base  a  esto  se  ha dividido en: Subsección  A. Parte  UG  que  cubre  los  requerimientosgenerales.Subsección B. Requerimientos de fabricaciónParte UW.‐ Para recipientes que serán fabricados por soldadura.Parte UF.‐ Para recipientes que serán fabricados por forjadoParte UB.‐ Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"

Código ASME Sección VIII División 1

Subsección C. Requerimientos de materiales

Parte UCS.‐ Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.

Parte UNF.‐ Para los construidos con materiales no ferrosos.Parte UCI.‐ Para los construidos con fierro fundido.Parte UCL.‐ Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento tipo "lining". 

Parte UCD.‐ Para los construidos con fierro fundido dúctil.Parte UNT.‐ Para  los  construidos  con  aceros  ferriticos con propiedades de tensión mejoradas por tratamiento térmico.

Parte ULW.‐ Para los fabricados por el método de multicanas. Parte ULT.‐ Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles mas altos a bajas temperaturas. 

Limitaciones de la División 1

-La presión deberá ser menor a 3000 psi. -Calentadores tubulares sujetos a fuego. -Recipientes a presión que son parte integral de componentes de

sistemas de tubería -Sistemas de tuberías. -Componentes de tubería. -Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de

agua, que utilizan aire como elemento originador de presión. -Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes

características: -Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h) -Temperatura del agua de 99°C (210°F) -Capacidad de 454.3 lt (120 galones) -Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055

Kg./cm² (15psi) -Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.

A.W.S. (American Welding Society)Proporciona la información fundamental de soldadura, diseño de soldadura, calificación, pruebas e inspección de soldaduras, asícomo una Guía de la aplicación y uso de la soldadura.

SOCIEDADES E INSTITUTOS

A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction) Fundado en 1921, su primer manual surgió en 1926, proporciona una Guía  y  código para maximizar  la  eficiencia del diseño de acero estructural y seguridad. 

El código A.I.S.C. contiene ecuaciones de diseño, criterios de diseño y diseños prácticos para acero estructural. Su uso es recomendado para el diseño de edificios, puentes o cualquier estructura de acero, incluyendo aquellas que sirvan como soportes rígidos de tubería.

A.N.S.I. (American National Standars Institute)

Inicialmente establecida en 1918 como A.S.A. (American StandarsAssociation) cambio su nombre en 1967 a U.S.A.S.I. (U.S.A. StandarsInstitute) y en 1969 cambio a A.N.S.I. No todos los estándares de U.S. son directamente resueltos por A.N.S.I. El A.S.M.E., A.W.S., y numerosas organizaciones definen los estándares y códigos aplicables a la tubería.A.N.S.I. clasifica la aplicación del sistema de tuberías, bridas, pernos, roscas, válvulas.

A.S.M.E. (American Society of Mechanical Engineers)

En 1913, en comité editó el primer reporte preliminar de 2000 ingenieros mecánicos, profesionales e inspectores de seguros.En 1914, se edito la sección 1 del código A.S.M.E., uno de los primeros códigos y estándares en U.S.El comité recomienda del código para calderas y recipientes a presión así como el estándar para construcción y código de inspección.

A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials)

Fue fundada en 1898 para desarrollar los estándares de la característica y eficiencia de los materiales, productos, suministros de servicios y producir lo relativo a su comportamiento.

NORMAS DE CALIDAD ISO

Este  estándar  internacional  es  uno  de  los  tres  estándares internacionales  relacionados  con  los  requerimientos  de calidad,  los cuales pueden  ser utilizados para propósitos de aseguramiento de calidad establecidos por los tres estándares internacionales mencionados.

A. ISO 9001. Sistema de calidad.

B. ISO 9002. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en producción, instalación y servicio.

C. ISO 9003. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en prueba de inspección final.

CONTROL DE DISEÑO

CONTROL DE DISEÑO

ENTRADA DE DISEÑO.

Los requerimientos de entrada de diseño relacionado con el  producto,  incluyendo  requerimientos  aplicables mandatarios  y  regulatorios  deben  ser  identificados, documentados y  revisado  su  selección con el proveedor, para su educación. 

Los requerimientos incompletos, ambiguos o conflictivos, deben  ser  resueltos  con  aquellos  responsables  de establecer estos requerimientos.

SALIDA DE DISEÑO. 

Debe  ser  documentada  y  expresada  en  términos  que pueda  ser  verificada  y  validada  contra  los requerimientos de entrada de diseño.

La salida de diseño debe ser;

1. Satisfacer los requerimientos de entrada de diseño.

2.  Contener o hacer referencia a criterios de aceptación. 

3.      Identificar  aquellas  características  del  diseño  que son  cruciales  en  la  seguridad  y  funcionamiento apropiado  del  producto.  Los  documentos  de  salida  de diseño deben ser revisados antes de su liberación.

REVISIÓN DE DISEÑO. 

En  apropiadas  etapas  de  diseño,  revisiones  formales documentadas  de  los  resultados  de  diseño  deben  ser planeadas y conducidas.

Los  participantes  en  cada  revisión  deben  incluir representantes de todas las funciones relacionadas con la etapa  de  diseño  esta  siendo  revisada,  así como  otro personal especialista cuando se requiera.

CRITERIOS DE DISEÑO

a. Especificaciones de los Aceros.Los aceros al carbón y de baja aleación son usualmente usados 

donde las condiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran utilidad de estos aceros.

Los  recipientes  a  presión  pueden  ser  fabricados  de  placas  de acero  conociendo  las  especificaciones  de  SA‐7,  SA‐113  C  y SA‐283 A, B, C, y D, con las siguientes consideraciones:

1.‐ Los recipientes no contengan líquidos ó gases letales.2.‐ La temperatura de operación está entre ‐20 y 650°F.3.‐ El espesor de la placa no exceda de 5/8"4.‐ El  acero  sea manufacturado  por  horno  eléctrico  u  horno 

abierto.5.‐ El material no sea usado para calderas.

Materiales para Recipientes a Presión

b. Clases de Materiales.

El código ASME indica la forma de suministro de los materiales más utilizados, lo cual va implícita en su especificación. A continuación se dan algunos ejemplos de materiales:

Aceros al CarbónAceros de Baja AleaciónAceros de Alta AleaciónMateriales No Ferrosos 

PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS MATERIALES PARA SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO

1.Propiedades Mecánicas.Al  considerar  las  propiedades  mecánicas  del  material  es deseable que tenga buena resistencia a la tensión, alto nivel de cedencia, por cierto de alargamiento alto y mínima  reducción de  área.  Con  estas  propiedades  principales  se  establecen  los esfuerzos de diseño para el material en cuestión. 

2.Propiedades Físicas.En este tipo de propiedades se buscará que el material deseado tenga coeficiente de dilatación térmica.

3.Propiedades Químicas.Este  factor  es  de  muchísima  importancia  ya  que  un  material  mal seleccionado  nos  causará muchos  problemas,  las  consecuencias  que  se derivan de ello son:a.Reposición del equipo corroído. Un material que no sea resistente    al    

ataque corrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio. b. Sobre diseño en las dimensiones. Para materiales poco resistentes al 

ataque  corrosivo  puede  ser  necesario  dejar  un  excedente  en  los espesores  dejando  margen  para  la  corrosión,  esto  trae  como consecuencia que los equipos resulten más pegados, de tal forma que encarecen el diseño además de no ser siempre la mejor solución. 

c. Mantenimiento  preventivo. Para  proteger  los  equipos  del  medio corrosivo es necesario usar pinturas protectoras. 

d. Paros debido a  la corrosión de equipos. Un recipiente a presión que ha sido atacado por la corrosión necesariamente debe ser retirado de operación, lo cual implica las pérdidas en la producción.

e. Contaminación o pérdida del producto. Cuando  los componentes de los recipientes a presión se han  llegado a producir perforaciones en las  paredes metálicas,  los  productos de  la  corrosión  contaminan  el producto, el cual en algunos casos es corrosivo. 

4.Soldabilidad.

Los materiales usados para fabricar recipientes a presión deben tener buenas propiedades de soldabilidad, dado que la mayoría de los componentes son de construcción soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales diferentes entre él, estos deberán ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere. Un material, cuando más elementos contenga, mayores precauciones deberán tomarse durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven las características que proporcionan los elementos de aleación.

Vida estimada de la planta  Duración estimada del material  Confiabilidad del material  Disponibilidad y tiempo de entrega del material  Costo del material  Costo de mantenimiento e inspección 

EVALUACIÓN DE LOS MATERIALES SUGERIDOSACEROS RECOMENDABLES PARA DIFERENTES 

TEMPERATURAS

TEMPERATURAEN °C

TEMPERATURAEN °F

MATERIAL PARA

CASCARON

CABEZAS Y PLANTILLAS

DEREFUERZO

-67 a -46.1 -90 a -51 SA-203 B* SA-203 A

-45.6 a -40.5 -50 a -41 SA-516-65 SA-203 B

-40 a 15.6 -40 a +60 SA-516-70+ SA-516-65

15.6 a 343 +60 a 650 SA-285-C SA-515-70

344 a 412.8 -651 a +775 SA-515-70

· Para espesores mayores de 51 mm llevarán relevado de esfuerzos. · Para temperaturas de -20°F llevará relevado de esfuerzos.

DISEÑO DE TANQUES

Factores  de  diseño  de  un  cilindro:  Tanto  los  recipientes como  los  tubos  pueden  estar  expuestos  además  de  las temperaturas  y  presiones  internas  y  externas,  al  ataque  del elemento  que  contienen.  Por  lo  tanto,  en  el  diseño  de  un recipiente  o  una  tubería  debe  tenerse  en  cuenta,  tanto  los esfuerzos  mecánicos  a  los  que  es  solicitado,  como  a  los efectos  del  elemento  contenido  o  transportado  sobre  el material  constitutivo  de  las  paredes,  como  ser  corrosión, abrasión,  incrustaciones,  etc.,  utilizándose  el  material  más conveniente, pudiendo ser de mampostería, chapas de hierro o  acero, material  sintético,  vidrio,  acero  inoxidable,  cobre, aluminio, etc.

Espesor de la Pared de un cilindro: Los recipientes pueden ser además de paredes delgadas o de paredes gruesas, considerándose de pared delgada, según la ASME, cuando el cociente entre el espesor t de la pared y el diámetro interior di del recipiente es igual o menor a 0,10. Otros autores adoptan para este cociente y ser considerados de pared delgada, valores menores o iguales a 0,05 o 0,07. Por lo tanto se puede escribir:Recipiente de pared delgada:

(10.1)10,0

id

t

Tensiones en las paredes de un recipiente: Determinación de la tensión normal de tracción sobre la pared 

de un cilindro de pared delgada con presión interior

Esfera de pared delgada con presión interior Cilindros de paredes gruesas

Para:  10,0id

t

Determinación de las tensiones axiales, radiales y tangenciales en cilindros de paredes gruesas sometidos a 

presión interna y externa

Cambio de diámetro en los cilindros debido a la presión

Cilindros zunchados o compuestosFondos bombeados