07 de noviembre de 2016
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Fuente UK P&I Club
El presente artículo explica cómo y por qué ocurre la migración de humedad además de analizar hasta qué punto la ventilación de las superficies puede reducir o eliminar daños originados por la migración de la humedad. La respuesta yace en el producto; en el caso del grano suelto, la ventilación de superficies ayuda poco o nada; cuando el producto es arroz o cocoa en bolsas, la ventilación de superficies puede ser de mucha más ayuda, pero no garantiza su descarga en buenas condiciones en todas las instancias.
Desplazamiento de humedad
Migración de humedad es el nombre que se le ha dado al traslado de la humedad dentro de un cargamento. Por tanto, se puede dar una situación donde el total de agua contenida en un cargamento dentro de un espacio dado podría ser el mismo al final de la travesía que a su principio, pero como resultado de la migración de humedad, el contenido de humedad en distintas partes de dicho cargamento haya cambiado considerablemente (hallazgos de mayor o menor cantidad). Sin embargo, es más común que parte de la humedad que migre se disipe en la atmósfera exterior por medio de ventilación o que escurra hacia las sentinas.
Factores físicos:
Presión de vapor (PV) y humedad relativa (HR)
Presión de vapor
La atmósfera se compone de una mezcla de nitrógeno y oxígeno en proporción de 8% de nitrógeno a 20% de oxígeno; aproximadamente un 2% representa otros gases incluyendo agua en forma de vapor. La presión que ejerce la atmósfera dependerá, en parte, de la presión ejercida por el agua en forma de vapor; y a la proporción de la presión atmosférica total se le conoce como “presión de vapor de agua” en el aire en aquel momento.
Presión de vapor de saturación
La presión de vapor se mide de la misma forma como se miden otras presiones gaseosas, es decir, en mm de mercurio*. Recordamos que la presión atmosférica normal a nivel del mar es de 760 mm Hg.
A medida que la cantidad de agua aumenta en la atmósfera, la presión de vapor subirá de manera proporcional. A determinada temperatura, el aire solo podrá retener una cantidad específica de vapor de agua, y la presión ejercida en la atmósfera cuando se llega a este punto límite se le llamará “presión de vapor de saturación”” del aire en la temperatura determinada.
Súper saturación
Cualquier tentativa de incrementar el vapor de agua en el aire en este punto provocará una “súper saturación” donde el agua se sedimentará desde el aire en forma líquida, ya se como gotitas en forma de niebla o nube, o sobre superficies adecuadas en forma de gotas, por ejemplo, como exudación dentro de una bodega del buque.
Humedad relativa
Bajo ciertas circunstancias, la presión de vapor de agua en la atmósfera es menor que la presión del vapor de saturación. El valor porcentual de la presión de vapor con relación a la presión de vapor de saturación es conocido como “humedad relativa” de la atmósfera. Por consiguiente, si el aire contiene solo la mitad de su cantidad potencial máxima de agua en forma de vapor, entonces la humedad relativa será el 50% y con presión de vapor de saturación, la humedad relativa será el 100%. El aire caliente tiene mayor capacidad de retención de vapor de agua que el aire frío, por consiguiente, el peso real de agua que se requiere para llegar a la saturación aumenta con el incremento de la temperatura. Por lo tanto, para un volumen dado de aire que contenga un peso constante de vapor de agua, la humedad relativa variará a medida que la presión del vapor de saturación cambie con la temperatura. Si la temperatura sube, la presión del vapor de saturación aumentará para que la humedad relativa descienda.
La temperatura aumenta – la humedad relativa desciende
Este fenómeno puede ilustrarse con un ejemplo. Asumamos que una cantidad dada de aire a 20°C contiene una presión de vapor de 9 mm Hg. La presión de vapor de saturación del aire a 20°C sería 17.5 mm Hg. Por consiguiente, la humedad relativa es 9/17.5=51.5%. Si el aire calienta hasta 30°C, la cantidad de agua en el aire se mantiene, entonces la presión de vapor del aire seguirá siendo 9mm Hg (de hecho, habrá un ligero aumento de presión de vapor, pero esto lo pasaremos por alto en este ejemplo). Sin embargo, la presión de vapor de saturación del aire a 30° C sería 31.8 mm Hg. Por consiguiente, la humead relativa sería 9/31.8 ó 28.3%, es decir, cuando la temperatura subió 10° C, ocurrió un descenso de 23.2% de humedad relativa. Un efecto inverso ocurre si se enfría aire con una cantidad dada de agua.
Correlación a distintas temperaturas
El gráfico muestra cómo se relaciona la presión de vapor y la humedad relativa a distintas temperaturas, por ejemplo, 100% de humedad relativa a 10°C representa una presión de vapor de agua del 9.2mm Hg; a 20°C representa 17.5mm Hg, y a 30°C representa 32mm Hg, es decir, un aumento de 20°C produce un aumento de más de tres veces la capacidad de retención de agua en la atmósfera.
Condensación
Si el aire se enfría hasta alcanzar el punto de saturación (100% de humedad relativa), entonces se verá humedad depositada en forma de gotitas o vaporización, es decir, ocurrirá la condensación.
Exudación de bodega
Si el aire dentro de la bodega de un buque está caliente y hace contacto con la cabecera de cubierta, la cual se ha enfriado por efecto de la atmósfera exterior, donde la temperatura del aire cerca a la superficie de la cabecera de cubierta pueda reducirse por debajo de la temperatura a la cual se alcance la presión de vapor de saturación para esa cantidad de agua en particular, es decir, 100% de humedad relativa, entonces se formará condensación de forma normal sobre la cabecera de cubierta en forma de exudación.
Humedad relativa de equilibrio (actividad del agua) Punto de equilibrio
Todo material biológico normalmente contiene una cierta cantidad de agua. La cantidad de humedad presente en todo y cualquier momento es conocida como contenido de humedad. Si el material entra en contacto con aire seco, entonces tendrá la tendencia a perder una pequeña porción de su contenido de agua que irá al aire en forma de vapor de agua. Este proceso continuará hasta que se alcance un “equilibrio" del aire en contacto con material con ese contenido particular de humedad y a esa temperatura en particular. La humedad relativa de equilibrio a menudo se le conoce como “actividad del agua”. La antes mencionada se mide en proporción en lugar de porcentajes, por consiguiente, la humedad relativa de equilibrio al 50% es equivalente a una actividad del agua de 0.5.
Normalmente, con carga biológica, la condición de la atmósfera en la carga (es decir, el aire atrapado entre las distintas partículas de la carga) en gran parte es controlada por la condición de la carga. En cargas tales como grano suelto donde el movimiento del aire dentro del granel es muy restringido, el contenido de humedad de la atmósfera en la carga (también conocido como “intersticial” o aire “inter-particular”) está, bajo condiciones normales, completamente controlada por la temperatura y contenido de humedad de la carga.
Un trabajo experimental con maíz ha hecho posible que se pueda elaborar gráficos que comparan la humedad relativa de equilibrio con el contenido de humedad a distintas temperaturas. A dichos gráficos se les conoce como “isotermas de desorción”, debido a que todos los experimentos fueron construidos con el fin de alcanzar la humedad relativa de equilibrio, la humedad fue exhalada por el maíz hacia el aire circundante.
En el caso que el aire alrededor del maíz sea más húmedo que la humedad relativa de equilibrio, entonces el maíz absorberá humedad del aire. Dicho proceso es conocido como “adsorción" y se puede dibujar una serie de curvas o isotermas las cuales son llamadas “isotermas de adsorción”. La relación entre las isotermas de adsorción y deserción es compleja y no queremos hablar en detalle sobre ella en este artículo.
Sin embargo, se puede afirmar que en condiciones de desorción, la humedad relativa de equilibrio, sin importar el contenido de humedad, será ligeramente menor que en condiciones de adsorción. Generalmente, en la industria de los cereales en grano, desde que el grano se cosecha hasta su desembarco como carga, éste tiende a exhalar humedad en la atmósfera circundante, y por consiguiente, se deberá deducir patrones de conducta mediante un estudio de las isotermas de desorción.
Si se da la situación donde el grano absorbe humedad de la atmósfera, propiamente dicho, el patrón de conducta deberá deducirse mediante un estudio de las isotermas de adsorción.
Migración de humedad
El mecanismo de la migración de humedad.
Es necesario entender la definición arriba mencionada a fin de comprender el proceso de migración de la humedad. Ilustraremos el mecanismo por el cual se produce la migración de humedad utilizando como ejemplo un cargamento de maíz a granel. La migración es lenta en este producto.
Cambio de temperatura – cambio de HRE – cambio de presión de vapor
Hemos ya indicado que el aire intersticial que ocupa un 40% del espacio ocupado por el cargamento, en el caso del maíz a granel, contendrá vapor de agua, y la presión del vapor en este aire alcanzará rápidamente un equilibrio con el contenido de humedad del maíz. En el caso del maíz con un contenido de humedad del 14% y a 25°C de temperatura, la humedad relativa del aire intersticial rápidamente alcanzará el 68% y la presión de vapor de agua en el aire en ese momento será de 16.3mm Hg. Un cambio en la temperatura del maíz producirá un cambio en la humedad relativa de equilibrio y en la presión de vapor. El cuadro más abajo muestra las temperaturas de equilibrio para el maíz a 14% de humedad. El cuadro también incluye las temperaturas en donde se da la presión de vapor de saturación (es decir, 100% de humedad relativa). A estas temperaturas se les conoce como “puntos de rocío”.
El Cuadro 1. Temperaturas / HRE / VP / DP – Correlación maíz al 14% de humedad contenida
Por consiguiente, el aire a 25°C y 68% de humedad relativa de equilibrio tendrá una presión de vapor de 16.3mm Hg, pero si la temperatura del aire baja a 18.7°C, entonces la humedad se depositará ya que se alcanzará la presión de vapor de saturación. Si asumimos que el buque con el cargamento de maíz, cuya humedad es de 14% y su temperatura 25°C, atraviesa una región de aguas frías, entonces la parte externa de la carga asumirá la temperatura de los lados fríos del buque, y si asumimos que su temperatura sea 15°C, se puede observar en el cuadro que el maíz en este caso tendrá una humedad relativa de equilibrio de 60% y una presión de vapor de 7.1mm Hg. El proceso de enfriamiento del mar con temperaturas más frías no afectará al maíz ubicado en el centro de la carga de manera evidente ya que el maíz es un mal conductor del calor. Su conductividad termal con humedad normal se encuentra por debajo de cinco veces la conductividad de aislamiento del corcho suelto, y solo la quinta parte del valor promedio del concreto. Por consiguiente, el maíz que se encuentre en el centro de la estiba seguirá estando a 25°C y el aire intersticial en dicha región seguirá teniendo 16.3 mm Hg de presión de vapor.
MAÍZ ARGENTINO
El gráfico de las isotermas que se muestra abajo muestra la humedad relativa de equilibrio trazada respecto al contenido de humedad.
Por consiguiente, se observará una diferencia en la presión de vapor entre el aire intersticial del maíz en el centro de la estiba y el aire intersticial en el maíz en la periferia de la estiba.
Por tanto, habrá un flujo de vapor de humedad desde la región de presión alta hasta la región de presión baja a fin de ecualizar la diferencia de presiones y consecuentemente, el agua se desplazará desde el centro hacia la periferia.
Este desplazamiento de agua desde el sector interior de la carga tendrá un efecto inmediato al reducir la presión de vapor del aire ahí contenido, pero las condiciones de equilibrio se restablecerán a consecuencia del desplazo de agua desde el grano hacia el aire intersticial y así la presión de vapor original de 16.3 mm Hg podrá mantenerse. Por consiguiente, veremos un flujo continuo de vapor de agua proveniente de la parte más caliente hacia la parte más fría de la estiba.
Exudación de la carga en la periferia
En el ejemplo que hemos dado, el efecto general de la transferencia de vapor de humedad será la sedimentación de agua física en la periferia de la estiba en contacto con el casco frío. Esto se deriva del cuadro, el cual muestra que la presión de vapor de 16.3mm Hg a 25°C tendrá un punto de rocío de 18.7°C. Debido a que el punto de rocío es mayor que la temperatura de la carga en la periferia, se sedimentará agua sobre la carga. Esto ilustra el proceso mediante el cual se produce la “exudación de la carga”.
El ejemplo dado arriba es una simplificación exagerada de lo que sucede en la práctica, ya que existe una tendencia a establecer una gradiente de temperatura en el maíz que va desde la parte interna de la estiba hacia la externa, y se dará un descenso gradual de la temperatura en el aire en movimiento y el grano con el que haga contacto. Por lo tanto, el vapor de agua será absorbido en el trayecto, reduciendo el punto de rocío del aire que se traslade hacia la periferia de la estiba. Por consiguiente, no es posible predecir con exactitud las condiciones que se necesitarían para que se produzca exudación de carga.
Calentamiento
En el caso que exista un diferencial entre la parte exterior e interior de la estiba entonces la migración de humedad ocurrirá en base al mecanismo antes mencionado. Dicha migración de humedad también ocurrirá cuando aumente la temperatura en una parte del cargamento por alguna razón dada, por ejemplo, debido a una plaga de insectos, actividad microbiológica o por la proximidad a un mamparo caliente. En todas estas situaciones la humedad migrará del sector más caliente a partes más frías de la estiba.
De caliente a frío
Hemos ilustrado, tomando al maíz como ejemplo, las razones porque la humead migra. En lo que refiere al maíz, el problema de la migración de humedad se hace más evidente en las exportaciones de materiales biológicos desde climas calientes a climas más fríos. La migración de humedad puede tener muchas causas, pero sin importar como se dé el diferencial en temperatura, el resultado siempre será (donde el grado de humedad sea uniforme) el desplazo de humedad de las partes más calientes hacia las más frías de la carga.
Se ha observado migración de humedad en cargas que han sufrido “infestación de insectos”. En este caso, los centros de calor surgen del calor respiratorio emanado por los insectos, es entonces cuando la humedad migra desde estos focos formando cáscaras más húmedas en la carga más fría circundante al sector donde se ha experimentado calor. A medida que el calor avanza, el área de calentamiento se expandirá a medida que la cáscara con mayor humedad se desplaza hacia afuera.
Un segundo ejemplo sería donde el “calor del buque” causa un aumento localizado de temperatura de la carga en contacto con la fuente de calor, por ejemplo, con el mamparo de un cuarto de máquinas sin aislar. En este caso la humedad migra desde la carga caliente y forma una capa de mayor contenido de humedad en la carga más fría adyacente.
Desafortunadamente, el patrón simple de desplazo de humedad causado por un diferencial de presión de vapor no es el único fenómeno causado por un diferencial de temperatura en la carga. Cuando se hacen presentes diferenciales de temperatura, se establecen corrientes de convección porque el aire caliente es menos denso que el aire frío. Por consiguiente, si un cargamento experimenta aumento de temperatura, habrá una tendencia a que la humedad migre hacia todas las direcciones opuestas al área de calentamiento. Sin embargo, también habrá una tendencia a que el aire caliente del foco de calentamiento suba para luego ser reemplazado por aire más frío proveniente de los lados y de la parte inferior. El aire caliente contendrá humedad y así el patrón de desplazamiento de humedad se verá distorsionado en una dirección vertical. De hecho, cuando aparece un foco de calor en un cargamento, el desplazamiento de humedad es mayor en dirección vertical que en dirección lateral o hacia abajo porque las corrientes de convección refuerzan el desplazamiento hacia arriba de la humedad. Por consiguiente, en el caso de granos estibados con temperaturas calientes y sujetos a enfriamiento periférico, la gran parte del desplazamiento de humedad será en dirección vertical, es decir, pasará más agua hacia la parte superior del cargamento que hacia los lados. De no ser posible retirar el agua que migra hacia el sector superior de la carga mediante la aplicación de ventilación, tema que se tocará más adelante, podremos esperar más daños en las capas superiores que en las laterales.
Diferencia de presión de vapor
El ritmo de desplazamiento de humedad de un sector caliente a uno frío depende en gran parte de la diferencia en la presión de vapor entre las secciones calientes y frías de la carga. En el Cuadro 1 verán que la presión de vapor del aire intersticial en un cargamento de maíz con 14% de humedad no aumenta directamente con la temperatura. Por consiguiente, un aumento en temperatura de 15°C a 25°C resultará en presión de vapor de 9.2mm Hg, mientras que un aumento de temperatura de 25°C a 35°C causará un incremento en la presión de vapor de 15.2mm Hg. Por consiguiente, se entiende que la migración de humedad será mayor, siempre que todo lo demás quede igual, cuando la humedad se desplace de carga con temperatura de 35°C a carga con temperatura de 25°C que cuando la humedad se desplace de carga con temperatura de 25°C a carga con temperatura de 15°C, aunque la diferencia en temperaturas, en ambos casos, sea la misma. Por consiguiente, cuando se tiene en cuenta la velocidad de desplazamiento de la humedad en un cargamento, no solo la diferencia de temperaturas es importante, sino también las “temperaturas reales”. Un factor más es, por supuesto, el diferencial de temperatura con relación a la distancia, así la humedad se desplazará con mayor velocidad desde carga de 25°C hacia carga de 15°C si la distancia a viajar solo es 1 metro en lugar de 10 metros, ya que es obvio que la gradiente de presión de vapor es mucho mayor en el primer caso. Es este sentido, la “conductividad termal” de la carga en cuestión tiene mucha más importancia; entre menor la conductividad, la velocidad de desplazo de calor a través de la carga será menor y por consiguiente, también será menor la posibilidad que la humedad se desplace.
Contenido de humedad inicial
El contenido inicial de humedad también es importante. Si tomamos como ejemplo un cargamento de maíz con 14% de humedad, estibado a 35°C de temperatura con su periferia enfriada a 25°C, las presiones de vapor de equilibrio serán 31.5mm Hg y 16.3mm Hg respectivamente, generando un diferencial de 15.2mm Hg. Bajo las mismas condiciones de temperatura, pero con maíz con 11% de humedad, las presiones de vapor de equilibrio serán 22.4mm Hg y 11.6mm Hg, generando un diferencial de 10.8mm Hg. De este modo hay un diferencial con menor contenido de humedad, por lo tanto el desplazamiento de humedad es menor. Adicionalmente, y con una importancia práctica considerable, un grano más frío puede absorber una cantidad mucho mayor de agua antes de que la humedad se eleve a un nivel en el cual empiece a malograrse la carga.
Apelmazamiento
Debido a la importancia de las corrientes de convección en el desplazamiento de humedad, entre más fácilmente se desplace el aire a través de la carga, más rápidamente se desplazará la humedad en el aire a través de dicha carga y, a igualdad de condiciones, habrá un desplazamiento de humedad más rápido a través de carga que esté menos compacta (Ej. gránulos) que a través de carga que se presente, por ejemplo, en polvo, donde el desplazamiento de aire será muy limitado.
La carga en sí
Finalmente, cuando consideramos la velocidad a la cual la humedad puede desplazarse por la carga, es necesario considerar la naturaleza de la carga en sí. Por consiguiente, cargamentos tales como granos de distintas variedades cultivados en clima seco tienen relativamente menor cantidad de humedad, y el grano en sí tiene una capa exterior protectora, la cual es relativamente impermeable a la humedad. De hecho, una de las razones principales de esta capa es la de prevenir que el grano se seque, ya sea durante su crecimiento o posterior a él y antes de la geminación. Por consiguiente, la humedad es liberada de forma bastante lenta por granos tales como la cebada y el maíz cuando se compara con otros productos, particularmente aquellos cultivados en condiciones lluviosas en los trópicos, donde no hay necesidad natural para conservar la humedad. De manera similar, el grano entero perderá humedad con mucha menos velocidad que el grano que ha sido molido o pulverizado, cuya capa protectora natural ha sido trastocada.
La información cuantitativa sobre la liberación de humedad en distintos productos es escasa y hacer comparaciones directas es particularmente difícil. Por consiguiente, no hemos podido proporcionar ejemplos para ilustrar lo mencionado arriba.
Al momento de estudiar el desplazamiento de la humedad, existen dos factores de interés. El primer factor es la cantidad real de agua que se desplaza de un sector al otro. El segundo factor es la rapidez con la que la "zona de humedad incrementada" se desplaza. Hemos hecho ensayos sobre el factor antes mencionado con el maíz.
Los resultados mostraron que en un periodo de 28 días, una zona de humedad incrementada se había desplazado aproximadamente 1 metro en dirección vertical (es decir, a través de corrientes de convección que reforzaron el desplazamiento de la humedad) alejándose del foco caliente. El diferencial de temperatura en este experimento fue desde 40°C a 21°C cubriendo una distancia de aproximadamente 1.25 m. La cantidad real de agua en este caso no pudo ser establecida con exactitud. No hay duda en lo absoluto que con otros tipos de cargamento la velocidad de desplazamiento y las cantidades de agua desplazadas hubieran sido mucho mayores que las que se encontraron en el caso del maíz.
Por consiguiente, al considerar la importancia de una posible migración de humedad en la carga, es necesario considerar el diferencial de presión de vapor con relación a la distancia entre las partes frías y calientes, la temperatura del material caliente y la temperatura del material frío hacia el cual la humedad está migrando, el contenido de humedad original, la naturaleza de la carga y la facilidad con la cual el aire pueda viajar atravesando la carga.
Aplicación práctica
A fin de realizar simples ilustraciones prácticas de esto, no es algo inusual trasladar productos a granel alrededor del mundo en cisternas (donde no hay posibilidades de ventilación, por supuesto) y almacenar granos sueltos en silos sin ventilación por largos periodos de tiempo los cuales pueden experimentar cambios de temperatura entre el verano y el invierno. Esto solo es posible porque bajo condiciones normales, la velocidad de migración de humedad en productos a granel es baja. Cuando se habla de cargamentos de cocoa o arroz, la velocidad de migración de humedad es mucho mayor. Claro que sería tentar al desastre intentar trasportar cocoa desde África del Oeste a Europa del Norte en cisternas. Por tanto, los aspectos cuantitativos de la migración de humedad son de suma importancia a la hora de pensar en el mejor método de trasporte de un cargamento en particular para una travesía en particular.
Sin reglas generales
En la sección a continuación trataremos sobre la ventilación en términos generales a fin de ilustrar cómo la aplicación de ventilación puede ayudar a minimizar los efectos nocivos de la migración de humedad. Sin embargo, debido a los diversos factores presentes, sería poco aconsejable tratar de proponer reglas generales para el trasporte de cargamentos para minimizar los efectos de la migración de humedad.
Granos a granel
La capacidad de ventilación en los buques que transportan productos a granel varía. Grandes cantidades de grano son transportadas en cisternas sin ninguna clase de ventilación. En ocasiones los buques tienen instalados el sofisticado sistema Cargocaire para ventilación de superficies, el cual también proporciona pre-acondicionamiento de aire de ventilación. Otros buques tienen ventilación de superficies mediante ventiladores y la gran mayoría tiene ventilación normal a través de hongos de ventilación, sin ninguna clase de ayuda mecánica donde el flujo de aire sólo depende del movimiento del buque. Algunos buques que logran trasportar miles de miles de toneladas de grano y otros productos no tienen ninguna clase de ventilación de superficie de carga.
Se debe mencionar que una inmensa cantidad de grano es transportado por el mundo, y en la gran mayoría de los casos, los cargamentos son desembarcados en buenas condiciones. Esto también sucede en el caso de las cisternas, lo cual nos indica que la ventilación de superficies no es un requisito para un transporte exitoso.
En varias ocasiones los reclamantes han sido informados por sus expertos que los granos se estropearon a consecuencia de una mala ventilación. Por otra parte, alguna vez se ha insinuado que la mala ventilación ha exacerbado daños ocasionados a consecuencia de otros factores.
En nuestra opinión, si una carga a granel es estibada siguiendo las reglas de SOLAS entonces no podrá verse afectada por la ventilación de superficies o por falta de la misma. Oxley* indica lo siguiente:
“... la opinión en general exagera de gran manera las ventajas de la ventilación... tanto la difusión gaseosa como el desplazamiento de calor en granos son sumamente lentas y cuando no existe una forma mecánica que haga circular aire por la carga, los cambios en la atmosfera de la superficie produce un efecto insignificante en la atmósfera intergranular y en el contenido de agua o en la temperatura del grano.”
A fin de reducir el desplazamiento de humedad y sus efectos en cargamentos de granos, es necesario reducir la humedad en todo. Esto no solo reducirá la velocidad en la que la humedad se desplaza, sino también significará que podría darse mayores variaciones de humedad dentro de la carga sin que se sufra pérdidas comerciales debido al desarrollo de elementos microbiológicos. Por otra parte, el diferencial de temperatura puede reducirse enfriando el granel; nuevamente, esto reduciría el volumen de humedad que se desplaza. Se puede lograr reducir el contenido de humedad y la temperatura en la carga haciendo circular aire a través de la misma. Aunque esto es posible en algunos silos en tierra a través de la ventilación, no es posible a bordo de un buque. En la práctica, abordo de un buque, solo la ventilación de superficies puede ser aplicada para tratar de controlar los efectos secundarios nocivos causados por la migración de humedad en productos a granel.
Exudación de la carga
En el caso de las cisternas, hay un consenso y todos están de acuerdo que no se puede hacer nada con respecto al fenómeno de la exudación de la carga si es que tiene que ocurrir, pero se sugiere que los buques que tengan ventilación natural o mecánica extraigan continuamente el aire húmedo del espacio libre sobre la carga y que, por consiguiente, se reduzca o elimine la condensación en la cabecera de cubierta.
No obstante, en estas circunstancias se debe recordar que el aire utilizado para la ventilación sea de la misma temperatura, o menor, que la temperatura de la cabecera de cubierta y de las tapas de escotilla. Si el aire que ventila es frío, entonces el efecto inmediato será tomar vapor de humedad por difusión del aire intersticial en las capas superiores de la carga ya que la presión de vapor del aire intersticial será mayor que la presión de vapor del aire de ventilación. De mismo modo, la superficie de la carga será enfriada tanto por el contacto con el aire ventilador frío y por evaporación de humedad. La temperatura de la capa superior de la carga puede, por consiguiente, ser reducida por debajo del punto de rocío de la humedad caliente que surge desde dentro del producto a granel. Consecuentemente, el agua se condensará en las capas superiores más frías de la carga produciendo así un apelmazamiento húmedo justo debajo de la superficie. Este producto apelmazado húmedo sufrirá, eventualmente, descomposición microbiológica. Aun si no se produce condensación en la capa superior, la humedad de estas capas podría subir debido a la adsorción de humedad hasta un nivel donde la actividad microbiológica podría iniciarse, aunque este daño no surge exclusivamente de la “exudación de la carga”.
Es así que, si las condiciones ambientales externas son tales como para que se produzca exudación de la bodega a falta de ventilación, entonces con frecuencia se producirá exudación de la carga justo debajo de la superficie, en el caso que se aplicara algún método de ventilación. De hecho, esto significa que, bajo estas circunstancias, habrá daño con ventilación o sin ella.
También se dice que la ventilación de superficies es útil para extraer calor de cargas en proceso de calentamiento minimizando así un aumento de temperatura que podría causar mayores deterioros en la carga. Sin embargo, hay un consenso general que la transferencia de calor a través de cargas a granel es un proceso lento. En estudios llevados a cabo utilizando el sistema de transferencia vertical de calor con una temperatura diferencial de 20°C dieron como resultado que se necesitarían unos 32 días de continuo calentamiento para que la temperatura subiera 3°C en maíz ubicado a un metro de la fuente de calor. Esta información práctica se ajusta a los cálculos publicados por Leninger* y las opiniones de Oxley (ibídem). Efectivamente, es debido a esta misma razón que el deterioro microbiológico produce gran calentamiento. Por consiguiente, la ventilación de superficies no afecta considerablemente un proceso de calentamiento que esté ocurriendo a más de un metro por debajo de la superficie. Lo que podría ocurrir cuando la superficie de un cargamento en proceso de calentamiento está siendo enfriado por ventilación es que el diferencial de presión de vapor entre la parte interior y periférica de la carga se mantenga y por consiguiente se estimule el fenómeno de la migración de humedad.
Reglas de estiba
La irrelevancia de la ventilación de superficies en el transporte de granos se hace ver en las normas vigentes de todos los países exportadores de granos, los cuales insisten en que los buques estiben de tal forma que el desplazamiento de carga sea imposible. Según estas normas, en un buque que transporta granos las bodegas se clasifican ya sea en completas parcial o totalmente. Los granos en bodegas parcialmente llenas deberán de estar nivelados y cubiertos con bolsas que contengan granos u otro tipo de carga adecuada, todo estibado muy justo hasta una altura de 1 a 2 metros sobre la carga a granel. Las bolsas con granos u otra carga adecuada estarán también reforzadas por una plataforma hecha ya sea de tablas de madera armadas muy juntas o por una tela de separación gruesa colocada encima de la toda la superficie de la carga.
Estas normas estipulan que en bodegas totalmente llenas con grano, el grano tendrá que estibarse cubriendo todos los espacios entre las vigas en las alas y extremos.
Adicionalmente, a fin de asegurar que la bodega se mantenga completamente llena durante la travesía, la bodega tendrá un alimentador, el cual dejará caer granos dentro de la bodega si la carga empezara a asentarse durante la travesía. O bien, el grano en el área de la escotilla podría ser distribuido firmemente contra la cabecera de cubierta más allá de la boca de escotilla para formar un tazón. Este tazón y la boca de escotilla arriba luego se cubren con grano embolsado hasta una altura de por lo menos dos metros en el centro del tazón. Las bolsas con granos u otro producto adecuado también serán estibadas estrechamente contra la cabecera de cubierta, los mamparos longitudinales, las vigas de escotilla y las brazolas de escotilla.
El propósito expreso de las normas es el reducir al mínimo, y si fuera posible, eliminar el espacio libre entre la superficie de la carga y la cubierta suprayacente. Con carga estibada correctamente de esta forma no hay posibilidad que una ventilación de superficie sea efectiva.
Otras cargas donde la migración de carga es substancialmente más rápida
Como primer ejemplo tomamos granos estibados a granel porque probablemente representa una clase de cargamento donde la migración de humedad es más lenta comparada con otros tipos de carga, los cuales pueden ser transportados a granel y en bolsas.
La velocidad de migración de humedad y el volumen de humedad que se desplaza en otras cargas pueden ser mayores debido a, por un lado, la diferencia entre la temperatura de viaje y de embarque y, por el otro, la naturaleza física de la carga estibada.
Una carga típica donde la humedad se desplaza rápidamente es el arroz embolsado. Este tipo de carga generalmente es embarcado a temperatura alta y con contenido de humedad apenas debajo del nivel crítico que es aproximadamente 14%. Si la carga se estiba en bloque, la temperatura de estiba cambia en la atmósfera exterior y el agua del mar podría producir importantes gradientes de temperatura entre la parte central y la periférica de la estiba causando desplazo masivo de humedad y conllevando a la formación tanto de exudación de la carga como exudación de la bodega. A su vez, esto causará que parte de la carga absorba demasiado líquido. En la carga mojada se produce daños microbiológicos.
A fin de prevenir o minimizar este problema, normalmente bolsas de arroz se estiban como para que los tubos de ventilación horizontal y vertical estén incorporados como parte de la estiba y así facilitar el movimiento de humedad de la carga hacia la atmósfera exterior.
Aún con este tipo de estiba, cuando hay una baja rápida de temperatura, como sería el caso en una travesía hacia Europa del Norte en invierno, podría resultar en la formación de exudación. Esta información es muy conocida entre los peritos que trabajan en los puertos de Europa del Norte.
Un fenómeno similar ocurre con embarques de cocoa embolsada que van de África del Oeste a Europa del Norte. Aquí la carga se somete a secado artificial para que la ventilación en las primeras etapas de la travesía, es decir, antes de la latitud de Dakar, pueda hacer que la carga absorba humedad de la atmósfera y generalmente no es recomendado.
Aparte de esto, se puede utilizar métodos de ventilación para minimizar la formación de exudación, pero se tendrá que tener en cuenta que enfriar la superficie de una carga insita a la migración de humedad ya que el gradiente de temperatura aumenta entre el granel y la superficie de la carga, y además también puede causar formación de exudación de carga. De este modo, se deberá de evitar el enfriamiento súbito de la superficie de la carga y es mejor evitar la ventilación durante horas nocturnas o cuando el clima es frío.
Se puede demostrar por medio de cálculos que, en cualquier caso donde el clima es frío, la velocidad de emisión de humedad de un cargamento normal de cocoa puede llegar a ser substancialmente mayor que la velocidad a la cual dicha humedad pueda ser extraída mediante un proceso normal de ventilación, incluso asumiendo que la atmósfera ventilada se sature al pasar sobre la carga. Por lo tanto, daños por exudación bajo ciertas circunstancias es algo inevitable.
Se verá en las secciones precedentes que la migración de humedad dentro y fuera de una carga con contenido de agua tendrá que ocurrir a medida que el buque se traslade a través de diferentes regiones climatológicas. El objetivo de la ventilación es el de minimizar daños al cargamento causados por dicha migración de humedad. Sin embargo, también se verá que dicha ventilación no siempre puede ser completamente efectiva y, bajo ciertas circunstancias, podría ser cuando menos parcialmente contraproducente. Se deduce que con ciertas cargas, especialmente donde el desplazamiento de humedad es rápido, tales como arroz y granos de cocoa en bolsa, no hay sistema de ventilación normal que pueda prevenir daños a la carga causados por las condiciones durante ciertos tipos de travesía.
La velocidad de migración de la humedad y el volumen de humedad que se traslada por carga con contenido de agua variará entre los dos extremos de granos a granel, por un lado, y el arroz y cocoa, por el otro; pero debido a la amplia variedad de travesías emprendidas y los tipos de producto trasportados, es imposible poder dar recomendaciones exactas (excepto bajo circunstancias especiales) con respecto al momento en el cual se debería iniciar un proceso de ventilación. Muchos peritos en la actualidad trabajan caso por caso sobre la base que se debe de utilizar ventilación cuando quiera que las condiciones lo permitan y, si se produce exudación bajo estas circunstancias, ellos tienen en cuenta que el personal del buque ha tomado toda clase de medidas a fin de asegurar un desembarque en buenas condiciones. Esto está sujeto a la restricción de la crudamente llamada “migración de humedad inversa” no ocurra; en otras palabras, que el aire de ventilación introducido en la bodega no libere su humedad en la carga. La humedad será absorbida por la carga siempre que el punto de rocío del aire intersticial sea menor que el punto de rocío del aire de ventilación.
Sin embargo, desafortunadamente, es virtualmente imposible medir el punto de rocío del aire intersticial, y por consiguiente, la decisión de cuándo ventilar o cuando no ventilar un cargamento de este tipo deberá todavía basarse en un término medio entre la teoría científica de los libros y la experiencia práctica de aquellos dedicados a esta industria.
Experimentos de ventilación
Introducción
Cuando el maíz llega a puerto con daños por calor, los intereses de la carga con frecuencia alegan que la causa de dichos daños fue una mala ventilación. Por lo tanto, se podría insinuar que una inadecuada ventilación permitió la formación de exudación sobre la estructura del buque produciéndose mojadura sobre la superficie de la carga. Por otra parte, se puede sostener que, debido a que la ventilación es inadecuada, el calor producido en la carga no pudo ser extraído, dando como resultado un daño progresivo. Los daños por exudación de la bodega son fácilmente reconocibles y toman la forma de una capa de grano mohoso sobre la superficie de la carga.
Muchas veces, particularmente cuando la extensión del daño es apreciable, un alegato contra la reclamación por tales daños podría ser demostrar que si de hecho se hubiera utilizado un método de ventilación, el aire hubiera estado lo suficientemente frío como para poder enfriar la capa superior de los granos y la humedad en forma de vapor hubiera migrado desde dentro del granel hacia la superficie más fría. Pero, al encontrarse con la carga más fría en la capa superior, el vapor hubiera expedido su humedad en forma de condensación sobre la carga. Por lo tanto, en vez de exudación de la bodega hubiera habido exudación de la carga, no obstante, el daño total hubiera sido el mismo.
En pocas palabras, esta es la teoría de la ‘migración de humedad’, la cual fue judicialmente presentada en el caso de John contra The Turnbull Scott Shipping Co. Ltd. (The Flowergate) [1967] 1 Lloyd’s Rep.1 – véase en particular, la evidencia del Dr. Milton, citadas en las páginas 32 y 33 del fallo.
No obstante, reclamaciones graves normalmente surgen por calentamiento del granel de la carga y la cuestión de la eficacia de la ventilación para extraer calor y minimizar un calentamiento progresivo en dichas instancias nunca ha sido examinada a fondo desde el punto de vista científico.
Lo ideal, por supuesto, sería encontrar focos de daño por calentamiento de igual tamaño e intensidad en cargas del mismo producto en dos bodegas distintas en el mismo buque, y ventilar una y no la otra, y en base a esto demostrar si un proceso de ventilación tendría algún efecto. Dicho experimento es completamente impráctico y probablemente nunca podría ser llevado a cabo.
Sin embargo, si ventilar la superficie de la carga logra algún efecto con respecto al calentamiento dentro del granel, uno tiene que asumir que el aire de ventilación tendrá un efecto de enfriamiento en el producto dentro del granel del maíz. Si este fuera el caso, de igual manera será que el aire de ventilación afectaría la temperatura del maíz dentro del granel haya habido calentamiento o no.
Por consiguiente, se decidió examinar los cambios de temperatura dentro cargamentos de maíz a granel durante embarques de Sudamérica a Europa. En total, se equipó cuatro buques con mecanismos capaces de registrar hora por hora las temperaturas registradas por hasta ocho termómetros (sensores de termistor) enterrados en distintos lugares en el cargamento de maíz dentro de las bodegas del buque. Desafortunadamente, el experimento en dos de los buques fue abortado. En los otros dos buques, se pudo llevar a cabo el experimento tal y como fue planeado.
Buque 1
Este fue el buque Liberty que embarcó maíz en Rosario y Buenos Aires en junio y en la primera semana de julio de 1965. Los termómetros fueron colocados en la carga estibada en las bodegas 2 y 3. Se enterró tres sensores en la carga de cada bodega; y un cuarto sensor se colocó en la superficie de la carga debajo de las tablas de escotilla de la cubierta superior. El diagrama muestra la ubicación aproximada de los sensores. El sensor 3A en la bodega inferior número 2 dejó de funcionar el 18 de junio y fue reemplazado en Buenos Aires con el sensor 3B en el entre puente número 2 el 2 de julio.
Buque 1. Plano y alzado que muestra la ubicación de los sensores en las bodegas.
Cada vez que se instalaba un sensor en la carga, se tomaba una muestra del producto adyacente que era sellada y analizada para obtener el contenido absoluto de humedad. Los resultados variaban entre 12.8% y 14.5%. Las temperaturas de las muestras, las cuales oscilaban entre 15°C y 20°C demostraron que la carga, en general, tenía más temperatura que el aire del ambiente el día en el que se embarcó. No se esperaba descomposición microbiológica con estas cifras.
A fin de mantener al mínimo el espacio libre entre la superficie de la carga y la cabecera de cubierta, la carga fue trimada entre los baos de cubierta y las brazolas de escotilla. Antes de zarpar, se retiraron los hongos de ventilación y se taparon los ductos. El cargamento no recibió ninguna clase de ventilación durante los 31 días que duró la travesía.
Los gráficos muestran, en primer lugar, la temperatura máxima registrada por día por cada sensor y, en segundo lugar, la temperatura del aire en el ambiente y la temperatura del agua de río/mar registrados por los buques (no hubo registros del agua de río/mar entre el 23 de junio y 2 de julio debido a que el termómetro del buque estaba dañado).
Aparte de los sensores 1 y 5 que al estar situados en la superficie de la carga, cerca a la cubierta superior, tenían la tendencia a seguir las temperaturas de ambiente, cinco de los seis sensores restantes no mostraron variaciones de temperatura que estuvieran por encima de los 2.7°C a lo largo de los 69 días en los que el buque transportó la carga. El otro sensor, el número 2, fluctuaba según el aire en el ambiente hasta que se embarcó carga en el entrepuente número 2 en Buenos Aires. Al parecer esto indica que, antes de ese momento, el sensor 2 se encontraba sobre, o muy cerca a la superficie de la carga de Rosario.
El maíz fue descargado en buenas condiciones. Las muestras tomadas de producto ubicado alrededor de cada sensor no mostraron ninguna evidencia de deterioro.
Buque 2
Este fue un buque carguero construido en Yugoslavia en 1961, el cual había sido equipado con el sistema de ventilación Cargocaire. Este era uno de los sistemas más sofisticados de ventilación de aire disponible. Fue diseñado para permitir la ventilación continua de la carga en todas las bodegas, sin tener en cuenta el punto de rocío del aire (exterior). Cada espacio de carga estaba equipado con ductos de ingreso y salida, justo por debajo del nivel de la cabecera de cubierta. De este modo, por ejemplo en la bodega 2, había tres pares de ductos, en la bodega inferior, en el entrepuente inferior y en el entrepuente superior. Los ductos desembocaban en un ducto principal común en cada bodega; el ducto principal de salida equipado con un ventilador de aspiración y un elemento sensorial de punto de rocío. El elemento sensorial de punto de rocío estaba conectado a una grabadora ubicada en el puente. Este instrumento grababa el punto de rocío de la atmósfera que pasaba por el ducto principal.
Durante operaciones normales, el aire exterior era continuamente succionado a través de ventiladores de ingreso y vaciado a través de ventiladores de salida. El punto de rocío del aire en el ambiente también era registrado por un instrumento ubicado en el puente. Si el punto de rocío del aire entrante hubiera sido mayor que el punto de rocío de la atmósfera proveniente de cualquiera de las bodegas, entonces la condensación podría haberse producido. De ahí que cuando predominó dicha situación, se forzó aire pre-secado dentro de la bodega, se cerró el ducto de salida y se hizo recircular el aire inyectado.
Cargocaire tiene las siguientes ventajas por encima de una ventilación común:
- Puede ser utilizada continuamente.
- El uso de ductos de ingreso permite un flujo de aire más uniforme a través de la parte superior del espacio de carga.
- El punto de rocío de la atmósfera promedio dentro de una bodega y también del aire del ambiente fueron continuamente medidos y de forma más confiable que por métodos regulares.
Buque 2. Plano y alzado que muestra la ubicación de los sensores en las bodegas.
Se embarcó maíz en Rosario a fines de junio/primeras semana de julio de 1965 y los sensores fueron colocados en las bodegas 2 y 5. Cada bodega con tres sensores enterrados en la parte inferior de la bodega y un cuarto sensor fue colocado en la superficie de la carga en la zona de la escotilla del entrepuente, cuya ubicación aproximada se puede ver en el diagrama. Carga en general fue embarcada en el entrepuente de cada bodega.
Cada vez que se instalaba un sensor en la carga se tomaba una muestra del producto adyacente que era sellada y analizada para obtener el contenido absoluto de humedad. Los resultados nuevamente variaban entre 12.8% y 14.5%. Las temperaturas de las muestras, las cuales oscilaban entre 19°C y 22°C, estuvieron por encima, en cada instancia, de la temperatura del aire del ambiente en el día en el que se embarcó la carga. No se esperaba deterioro biológico con estas cifras, salvo que la travesía fuera prolongada.
Durante la travesía, del 6 de julio al 25 de julio, el sistema de ventilación Cargocaire estuvo operando continuamente sin problemas a excepción de un periodo breve en Santos el 9 y 10 de julio, cuando se hizo circular aire pre-secado en las bodegas. Cada día se registraba la temperatura del agua de río/mar y la temperatura del aire del ambiente, las cuales están trazadas en los gráficos, pero debido a que aparentemente el equipo solo se utilizó intermitentemente durante la descarga, esta fecha ha sido omitida del periodo posterior al 29 de julio.
Los gráficos también muestran la temperatura máxima registrada diariamente por cada sensor. Desafortunadamente, unos estibadores robaron el sensor 5 antes de que se pudiera obtener lecturas. Los estibadores malograron los sensores 1, 2, 3 y 4 durante las operaciones de descarga en Marsella y no se pudo obtener lecturas de fechas posteriores al 28 de julio hasta que se llevaron a cabo reparaciones temporales el 2 de agosto y el 4 de agosto.
Además del sensor 1, ninguna de los sensores registró una variación superior a 2.4°C en un periodo de 38 días.
El maíz, parte del cual estuvo a bordo del buque por 42 días (desembarcado finalmente el 9 de agosto) fue desembarcado en perfectas condiciones. Las muestras tomadas de producto alrededor de cada sensor al momento de la descarga no mostraron ninguna evidencia de deterioro.
Conclusión
Los embarques experimentales indican que un cargamento de maíz con bajo contenido de humedad, embarcado frío, estará bien a lo largo de una travesía relativamente larga ya sea aplicando ventilación en la superficie de la carga o no. Además mostraron que es solo la superficie de la carga la que reacciona a la ventilación, el resto del granel estibado no se ve afectado.
Quizá esto no es tan inesperado ya podríamos recordar lo resistente que es el maíz a la transferencia de calor; su coeficiente de conductividad termal es menor que la del asbesto y, como elemento aislante, es tan bueno como un tercio de lo que es el corcho.
En general, se puede decir que los experimentos confirmaron lo opinión dada con anterioridad por el Dr. Milton, es decir, que la ventilación no tiene relación con el transporte de maíz.
Notas de pie de página
1. La presión de vapor también puede ser medida en otras unidades; ya sea en atmósferas o kilopascales. Una atmósfera (1 atm) = 760mm mercurio (mm Hg) = 101.325 kilopascales (kPa).
2. En realidad, habrá un ligero aumento de presión de vapor, pero podemos ignorarlo a efectos del ejemplo.
3. Estudios recientes muestran que la exudación de la carga, es decir, el depósito de agua líquida sobre la superficie de los granos de maíz es algo extremadamente improbable; ya sea causada por la transferencia de humedad que va del aire caliente de ventilación a una capa superior fría de los granos, o del aire cargado de humedad caliente que sale de dentro del cargamento de granos calientes a una capa de superficie fría. No obstante, la transferencia de humedad se dará en cualquiera de las situaciones provocando el aumento de humedad en el grano frío. Por consiguiente, el efecto es el mismo.
4. Scientific Principles of Grain Storage, Liverpool, 1948, página 23
5. Ayerst & Leniger: Informe sobre Daño por Calor sobre el Maíz Argentino durante su envío a Europa, diciembre 1967
6. Estudios recientes muestran que la exudación de la carga, es decir, el depósito de agua líquida sobre la superficie de los granos de maíz es algo extremadamente improbable; ya sea causada por la transferencia de humedad que va del aire caliente de ventilación a una capa superior fría de los granos, o del aire cargado de humedad caliente que sale de dentro del cargamento de granos calientes a una capa de superficie fría. Sin embargo, la transferencia de humedad se dará en cualquiera de las situaciones provocando el aumento de humedad en el grano frío. Por consiguiente, el efecto es el mismo.
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Carlos Peralta
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