Evaluación de la aireación y la refrigeración artificial de trigo (triticum aestivum) para prevenir el desarrollo de insectos en diferentes condiciones climáticas de Argentina

Abstract

En Argentina el trigo pan (Triticum aestivum) se comercializa mediante la Norma XX de Senasa -TRIGO PAN- estableciendo que la mercadería debe estar libre de insectos vivos. La prevención es la principal herramienta de un sistema de Control Integrado de Plagas (CIP), basado en una combinación de limpieza con aireación o refrigeración artificial para bajar la temperatura de los granos, creando condiciones desfavorables para el desarrollo de insectos, y utilizando el control químico solo cuando es estrictamente necesario. A su vez, esta práctica tiene beneficios adicionales, como reducir la tasa de respiración y el deterioro de los granos. Bajo ciertas condiciones climáticas, la aireación no logra bajar la temperatura de la masa de granos por debajo del límite de actividad de insectos (17 °C). Para estas situaciones, la refrigeración artificial puede ser una alternativa a la aireación a fin de mantener las condiciones deseables de almacenamiento, a baja temperatura, sin el uso de protectores químicos. El objetivo del presente estudio fue validar y utilizar un modelo de simulación para aireación y refrigeración artificial de granos, evaluando técnica y económicamente la aplicación de ambas tecnologías sobre trigo en diferentes condiciones climáticas de Argentina en el marco de una estrategia de CIP. El modelo de simulación predice cambios de temperatura y humedad en diferentes capas de granos teniendo en cuenta los fenómenos de transferencia de calor y masa entre el aire y el grano, utilizando datos climáticos, horarios de temperatura y humedad relativa ambiente y condiciones de temperatura y humedad iniciales del grano. En el caso de aireación el modelo simula la estrategia prescripta de encendido y apagado de los ventiladores, mientras que en refrigeración simula el funcionamiento de un equipo de refrigeración bajo las condiciones climáticas fluctuantes. La validación del modelo para refrigeración se realizó con datos propios realizando un ensayo a escala real refrigerando un silo con 1138 t de trigo, mientras que la validación para aireación se hizo con datos de la literatura. El modelo de simulación predijo los cambios de temperatura del grano de manera aceptable, con un error estándar de 2,17 °C y 1,7° C y un promedio en valor absoluto de los residuales de 1,94 °C y 1,41 °C para aireación y refrigeración artificial, respectivamente. Estos valores estadísticos son equivalentes a los reportados en la validación de modelos similares. Una vez obtenidas mediante simulación las temperaturas máxima y promedio para 5 localidades (promedio de varios años), se determinó la necesidad de complementar el programa de CIP con control químico preventivo (temperatura promedio mayor a 17 °C) y/o curativo (temperatura máxima de la capa superior mayor a 17 °C). A su vez, una vez superados los 17 °C en la temperatura promedio y máxima, se consideró una mayor dosis de insecticida cuanto mayor fue la temperatura lograda. Las temperaturas del grano logradas con aireación natural durante el principio del verano (cosecha del trigo) no resultaron lo suficientemente bajas como para limitar el desarrollo de insectos en ninguna de las localidades consideradas. La menor temperatura promedio fue de 19,2 °C en Balcarce y la mayor de 22,2 °C en Manfredi. Como resultado, la aireación siempre debió ser complementada con el control químico preventivo y/o curativo, aumentando el costo del CIP. La mayor incidencia de costos corresponde al uso de insecticidas (protectantes y fumigantes), con el 97 % del total. Con refrigeración artificial siempre se logró enfriar la masa de grano por debajo de los límites prescriptos. Sin embargo, las mayores temperaturas ambiente aumentan los tiempos de refrigeración y los consumos de energía. Por cada un 1°C de aumento de temperatura ambiente entre los 14,8 °C y 31,2 °C, el tiempo de refrigeración aumenta 2 horas y el consumo específico 0,11 kWh.t-1 . La mayor incidencia decostos se debe al alquiler del equipo de frío, con el 84% del total. Los resultados demostraron que las temperaturas del grano logradas mediante refrigeración fueron menores que aquellas logradas con aireación. Con respecto del consumo de energía, la refrigeración artificial fue más demandante (1,69 kwh.t -1 contra 0,29 kwh.t - 1 para aireación), sin embargo al reducir o eliminar la necesidad del control químico las diferencias económicas entre ambas tecnologías son escasas. La conveniencia de una u otra técnica estará en función de la practicidad de cada una, tiempo de enfriamiento necesario, calidad final del grano o nivel demandado de residuos de insecticidas sobre el grano, entre otras.

In Argentina wheat is marketed under Norma XX – TRIGO PAN of Senasa, stating that the commodity must be free of live insects. Prevention is the main tool in an Integrated Pest Control (IPC) program, based on a combination of sanitation with aeration or artificial cooling to reduce the grain temperature, creating unfavorable conditions for the development of insect, using the chemical control only when there is no alternative. There are additional benefits, such as decreasing grain respiration and deterioration. Under certain weather conditions, aeration cannot reduce grain mass temperature below the limit of insect activity (17 °C). For these conditions, the artificial cooling can be an alternative to maintain the grain at low temperature, avoiding the use of chemical protectors. The aim of this study was to validate and use a simulation model for aeration and artificial cooling of grain, performing a technical and economical evaluation of the aeration and artificial cooling of wheat under different climatic conditions in Argentina under the frame of an IPC strategy. The simulation model predicts the changes in temperature and moisture content in the different grain layers, taking into account the processes of heat and mass exchange between the air and the grain, using hourly weather data of temperature and relative humidity and initial temperature and moisture content of the grain. For the simulation of the aeration process, the model simulates the strategy prescribed for the fan operation, while for artificial cooling, the model emulates the functioning of the cooling equipment under different weather conditions. The validation of the simulation model for artificial grain cooling was carried out with data generated in an 1138 t bin full of wheat, while the validation for aeration was carried out with data from the literature. The simulation model predicted temperature changes with an acceptable accuracy, with a standard error of 2,17 °C and 1,7 °C and an average absolute value of the residuals of 1,94 °C and 1,41 °C for aeration and artificial cooling, respectively. These statistics were comparable to others reported in the literature for the validation of similar models. After running the simulation model and obtained the maximum and average grain temperatures for 5 locations (average of several years), the need of complementing the ICP program with a preventive application of chemicals (average grain temperature above 17 °C) and/or fumigation (maximum temperature of the top grain layer above 17 °C) was determined. Furthermore, once the average and maximum temperature overpassed 17 °C, a higher dosage of insecticide was considered as temperature was higher. Grain temperatures achieved with aeration during the early summer (wheat harvest season) were not low enough to limit insect development in all the considered locations. The lowest average temperature was 19,2 °C in Balcarce and the highest was 22,2 °C in Manfredi. As a result, aeration always had to be complemented with chemical control (protectant and/or fumigation), increasing the cost of the IPC program. The highest incidence of costs corresponds to the use of insecticides (fumigants and protectant), with 97% of the total cost. With artificial cooling always was possible to reduce the grain temperature below the limit of 17 °C. However, higher ambient temperatures increased cooling times and energy consumption. For each 1 °C increase in temperature between 14,8 °C and 31,2 °C, the cooling time increased 2 hours and the specific consumption 0,11 kWh.t-1. The highest incidence of costs is due to cold equipment rent, with 84% of the total. The results showed that grain temperatures achieved by artificial cooling were lower than those achieved with aeration. In terms of energy consumption, artificial cooling is much higher (1,69 kwh.t-1 vs. 0,29 kwh.t-1 for aeration), however, due to the reduction (or elimination) of the chemical control, the economic differences between the two technologies are scarce. The convenience of either technology will depend upon the practicality of each, cooling time, end grain quality requirement or insecticide residues level demanded on the grain, among others.