Departamento de Química Orgánica y Bio

TEMA1) Informe de www.ideusingenieros.com/ sobre utilización de microondas y su propiedades, aplicaciones y beneficios.

TEMA 5) Microondas en el tratamiento de suelos. Inhibición del crecimiento de ciertas semillas de malas hierbas. Descontaminación del suelo al permitir la evaporación de productos nocivos. Eliminación de hongos perjudiciales para diversas cosechas y semillas. Tratamientos de microondas para la eliminación de nematodos tanto en el suelo como en los productos almacenados.

TEMA1) Informe de www.ideusingenieros.com sobre utilización de microondas y su propiedades, aplicaciones y beneficios.

15 EVOLUCIÓN EN LAS TECNOLOGÍAS Las microondas no son una forma de calor, sino una FORMA DE ENERGÍA que se transforma en calor por la interacción con el material. No se transmite desde el exterior (conducción) sino que se genera en el interior. MICROONDAS EN LA VALORIZACIÓN ENERGÉTICA Se ha comprobado que la asistencia de las microondas es de gran utilidad para suministrar la ENERGÍA en los procesos de pirólisis, transesterificación y gasificación (acelera el proceso y mejora rendimiento) El pretratamiento de la biomasa con microondas HIDROLIZA la materia prima y aumenta el rendimiento de los procesos bioquímicos. También pueden utilizarse las microondas para optimizar procesos posteriores como la producción de hidrógeno o la deshidratación del bioetanol. Se ha comprobado que el SECADO asistido por microondas acelera el secado necesario para alcanzar la humedad optima para el procesado (reducción del tiempo de secado entre el 60-98% respecto al secado con aire caliente) ENERGÍA SECADO Fuente: Elaboración propia a partir de ITACA.

17 EVOLUCIÓN EN LAS TECNOLOGÍAS COMBINACIÓN DE TECNOLOGÍAS Lo ideal para alcanzar los objetivos de MÁXIMA valorización material y energética y MÍNIMO vertido es combinar las tecnologías anteriormente descritas. Por ejemplo: Planta de tratamiento mecánico biológico + Biometanización con nanopartículas de óxido de hierro + Gasificación asistida por microondas Planta de tratamiento mecánico biológico + Biometanización con microondas + PGV Planta de tratamiento mecánico biológico + Biometanización con microondas + Gasificación Planta de tratamiento mecánico biológico + Biometanización con nanopartículas de óxido de hierro + Pirólisis asistida por microondas con captador carbonoso

En un trabajo tan interesante como, el que citamos mas abajo nos encontramos comentarios tales como:

El pretratamiento de la biomasa con microondas HIDROLIZA la materia prima y aumenta el rendimiento de los procesos bioquímicos

(Según Artículo 3 de la Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados) «Tratamiento»: las operaciones de valorización o eliminación, ... El pretratamiento de la biomasa con microondas HIDROLIZA la materia prima y aumenta el rendimiento de los procesos bioquímicos.

Se trata de incentivar el ascenso de temperatura y el crecimiento de bacterias a través de la utilización de microondas a fin de aminorar el tiempo de la elaboración del compostaje.

En la primera etapa del compostaje, cuando la temperatura esta entre 0ºC y 40ºC, predominan las bacterias psicrófilas, y mesófilas.

Es en esta primera etapa, cuando el calentamiento gradual con microondas favorecería su crecimiento.

Ya en una segunda etapa, las bacterias termófilas se encargarían de subir la temperatura hasta los 50-55ºC, pero si fuera conveniente se podría seguir haciendo un seguimiento con microondas de forma que el proceso tuviera la duración e intensidad apropiada. Bacillus (B. brevis, B. circulans, B. coagulans, etc.).

Ya en una tercera etapa, se podría prescindir totalmente de las microondas y dejar que, a partir de los 60º C, sean las Termus, las que dirijan el proceso.

Pero si en pilas estáticas ventiladas irradiando desde arriba, desde un riel móvil con magnetrón de 1Kw. Evitando materiales conductores en la instalación de ventilación.

En sistemas cerrados de tambores y túneles no parece muy factible la utilización de microondas ya que el calor también se puede suministrar por aire calientes, zonas cerradas en donde la disipación de calor es pequeña.

Pero el sistema de naves tiene alto consumo eléctrico y parece mas idónea para la utilización de microondas.

Aunque se nos comenta que la PEC debe tratar alguno de los temas de la asignatura (que también se da en el grado de Ciencias Medioambientales), es muy difícil pensar en la utilización de las microondas en el compostaje, sin advertir que son igualmente útiles, en invernaderos, digestión vegetal, desinsectación, control de malas hierbas, etc…

La utilización de las microondas es una energía con gran rendimiento pues actúan exclusivamente en las moléculas de agua resonando con sus vibraciones rotaciones, produciendo calor.

La energía de microondas va a dirigirse exclusivamente a la planta, eliminando disipaciones innecesarias de calor en el caso de los invernaderos convencionales donde el calor viene de fuera hacia dentro y no de dentro de la misma planta, hacia fuera, creándose un gradiente calorífico desde la misma planta hasta la pared del invernadero, con lo cual la temperatura en sus paredes del invernadero es menor y por tanto las perdidas caloríficas mucho menor.

Así pues, en un invernadero por microondas, creemos que el rendimiento energético podría ser diez veces mayor, con lo cual, con un simple microondas casero de 1Kw., estaríamos en principio dispuestos a competir con instalaciones industriales de 10 Kw.

Ácaros, insectos, nematodos, gasterópodos, se verían afectados especialmente en su proteína coloide (huevos, larvas, etc.), por el efecto de coagulación con las microondas, efecto que no ocurre en la planta y por eso su resistencia a las microondas.

El eliminar el parasito y no la planta a quedado demostrado, con el gran éxito que se produjo en 2012, con la eliminación del picudo rojo en las palmeras.

ANÁLISIS DE SISTEMAS DE CONVECCIÓN EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE SUELOS O SUSTRATOS AGRÍCOLAS PARA SU DESINFECCIÓN EN CONTINUO

Un método alternativo a la desinfección en estático con vapor es el uso de microondas en el tratamiento de bandejas de siembra de pocos centímetros de espesor (hasta 8 - 10 cm) circulando de forma continua a través de un módulo específico, el cual ha dado buenos resultados en la investigación (Rangelov, 2003; Minobe et. al., 2003, Velázquez y Gracia, 2004), sin embargo, la capacidad de trabajo y el coste energético todavía resulta alto comparado con el tratamiento con vapor de agua.

II.8 Tratamiento térmico del suelo irradiado por microondas El tratamiento térmico del suelo por radiación de microondas ofrece múltiples posibilidades de aplicación que abre numerosas vías de investigación en agricultura, para ofrecer nuevas alternativas que permitan una productividad más eficiente y la generación de menos residuos. Estas líneas de investigación han desarrollado los siguientes aspectos: • Inhibición del crecimiento de ciertas semillas de malas hierbas mediante la aplicación de energía electromagnética. (Davis et al., 1971; Wayland et al., 1973; Barker y Craker, 1991). • Propiedades dieléctricas de los suelos (Hockstra y Delaney,1974). • Aplicación de microondas como agente descontaminante del suelo al permitir la evaporación de productos nocivos tales como PCB’s, PAH’s tetracloroetileno, etc. (Dev et al., 1986). • Variación de las propiedades químicas del suelo con la aplicación de calor (Giovannini et al., 1990). • Eliminación de hongos perjudiciales para diversas cosechas y semillas de soja, trigo y habas (Cavalante y Muchovej, 1993). • Tratamientos de microondas para la eliminación de nematodos tanto en el suelo (Nelson 1996) como en los productos almacenados (Hamid y Boulanguer, 1969).

JORDÁ C., J.M. OSCA, J. GISBERT, J. ARMENGOL, A. LACASA,B. VELÁZQUEZ-M. B, 2002. El tratamiento con microondas para la desinfección de suelos. Phytoma España 138: 118-121

VELÁZQUEZ-MARTÍ B., C. GRACIA-LÓPEZ, C. JORDÁ, P. SAVALL, 2003. Tratamiento de sustratos destinados a semilleros por radiación de microondas. Phytoma España 149: 43-46

Tratamiento de sustratos destinados a semilleros por radiación de microondas

Autores: B. VELÁZQUEZ-MARTÍ, C. GRACIA-LÓPEZ, C. JORDÁ GUTIÉRREZ, P. SAVAL-CARRERA

Sección: Patógenos del suelo
Abstract: La aparición de determinados microorganismos en un suelo o sustrato después del cultivo sucesivo de la misma especie provoca, en ocasiones, su inhabilitación para la producción. En particular, los cultivos en sustratos en invernaderos se ven afectados por microorganismos infecciosos radiculares que producen pérdidas económicamente importantes. La mayoría de las enfermedades radiculares destructivas que aparecen en estos cultivos se han atribuido directa o indirectamente a hongos de los géneros Pythium sp., Phytophthora sp., Plasmopara sp. y Olpidium sp. que producen enfermedad por si mismos o bien actuando, como este último, de vector. Por ejemplo, la virosis Melon Necrotic Spot o virus del Cribado del Melón en el caso de Olpidium bornovanus, o del Big-vein de la lechuga en el caso de Olpidium brassicae. Estos hongos producen esporas móviles conocidas como zoosporas, que se ven favorecidas en un medio acuático, habiéndose demostrado experimentalmente su propagación por recirculación de la solución nutritiva infectada. El tratamiento con microondas consiste en un método físico de desinfección que busca incrementar la temperatura del suelo y de los microorganismos para conseguir la desinfección al alcanzar puntos térmicos letales "death thermal points". En estos puntos se produce la desnaturalización de las proteínas, haciéndolas inactivas y en consecuencia se produce la muerte del microorganismo patógeno. La frecuencia correspondiente a las microondas cae en el rango de la rotación de las moléculas pequeñas como el agua, entrando estas en resonancia (velocidad crítica de rotación), provocando gran agitación. La resistencia a esta agitación provoca el calentamiento.

El tratamiento térmico del suelo por radiación de microondas ofrece una posible alternativa a la desinfección química.
Uno de los problemas que plantea el diseño de aplicadores de microondas es la falta de uniformidad superficial en la transformación de energía, debido a lo cual, la mayoría de aplicadores comerciales realizan una agitación de onda (cambios de la dirección de propagación) y un movimiento mecánico del material irradiado. Este sistema no es eficaz en superficies amplias.
Para una aplicación práctica, dada la condición estática del terreno, se necesita un sistema que realice una distribución de onda superficial homogénea sobre el suelo, permitiendo un calentamiento uniforme. Para este fin se utilizó un guía de ondas que permitiera una distribución superficial.
Desde hace varios años el Departamento de Mecanización y Tecnología Agraria en colaboración con el Grupo de Calentamiento por Microondas de la E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicaciones, ambos de la Universidad Politécnica de Valencia, está trabajando en el desarrollo de prototipos de aplicadores de microondas destinados a la desinfección de sustratos y suelos agrícolas.
En este trabajo se ensaya la eficiencia de un prototipo aplicador de microondas con guía ranurada, capaz de irradiar una superficie amplia de suelo en la eliminación de hongos, en vistas a una aplicación de este sistema en un tren de siembra para semilleros.
Estos trenes de siembra están formados por módulos con operaciones independientes. Inicialmente llenan bandejas de alveolos con sustrato, pasando posteriormente por humidificadores y un rodillo de punzonado que produce un pequeño hoyuelo donde de forma automática se deja la semilla. Esta es cubierta con otra pequeña porción de sustrato y se procede a su almacenamiento en invernadero.
La idea es crear un aplicador modular para desinfección de bandeja y sustrato simultáneamente, que se incorpore al tren descrito una vez se ha producido el llenado de las bandejas, y antes de depositar la semilla.

Sobre esta época le comenté a mi antiguo compañero de estudios, Abelino Corma Canos, sobre la posibilidad de aplicar las microondas a los invernaderos y me comento que me pusiera en contacto con el director de la UPV-ETSIT, Elías de los Reyes.

Optimización de metodología de digestión por microondas de residuos orgánicos comportados para analizar metales pesados

Estos componentes se instalan dentro de una caja metálica y frente a la guía de microondas se utiliza un trozo de mica, que también lo suministran las casas de electrónica (por ejemplo, VAAG electronic).

Hice hace años una prueba desmontando un microondas domestico para sacar el magnetrón, al carecer de medidor de campo de microondas utilice un simple polímetro, con una espira de 12,5 cm entre sus bornes. Instalado en una caja cerrada de 1m*0,5m*0,5m de madera forrada interiormente por papel de aluminio.

Las microondas en proximidad suponen un peligro y el mayor es el de la masa coloidal de globo ocular, pues, aunque la mayor parte del cuerpo puede disipar el calor de las microondas a través de la irrigación sanguínea no lo es así en el globo ocular, que podría coagular, sin embargo, es precisamente ese aspecto, que lo hemos citado en el tema de las plagas es el que hace que podamos combatirlas por su proteína coloide (huevos, larvas, etc.), lo que no va a ocurrir en la planta.

Muy peligroso también los 2.000 a 4000 v. del secundario del transformador. Con que se alimenta el magnetrón.

Es por este motivo que esta totalmente vetada la manipulación o adaptación del microondas, pero opino que un ingeniero superior de telecomunicaciones debería tener todo el derecho a administrar estos aparatos.

Con unos mínimos de seguridad, como es la utilización de detectores de microondas y manejadas con conocimiento pueden ser utilizadas para múltiples usos, con mayor motivo, en tanto, que las microondas las podemos conducir por tuberías (guías de microondas) como si de un liquido se tratase y hacerlas llegar a donde nos interese o bien diversificarlas (por ejemplo, con tuberías ranuradas), partiendo solo de una fuente.

En la actualidad estamos limitados a magnetrones de 1Kw en los domésticos o hasta 1,8Kw en los industriales, pero en un futuro se podrán obtener esa potencia con osciladores de silicio de alta potencia, mas manejables.

Las aplicaciones, serian por tanto la germinación y desarrollo en invernadero, si el plástico o las paredes, pudiesen tener un revestimiento plateado o semiplateado, para reflejar las microondas, el rendimiento energético seria aun mayor, pero evitarían la luz.

El revestimiento podría ser malla metálica que evitaría el paso de las microondas y permitiría el de la luz.

Poco a poco la tecnología nos permitirá reemplazar los magnetrones por osciladores de silicio, dando una manejabilidad y versatilidad increíbles, que nos permitirá su manejo y dosificación igual como se puede manejar las luces y sonidos en un espectáculo publico controladas desde un monitor a través de los respectivos interfaces.

Por ejemplo, aquí una empresa que ofrece ya 450 vatios en estado sólido de microondas.

· Stable operation from microwave power levels from 1 W & power adjustable in 1 W step

· Semiconductor technology, no magnetron and therefore longer lifetime & no high voltage

· Built-in internal protection against mismatching and reflected power interlock

· Adjustment of the microwave frequency: ± 50 MHz from the central frequency 2450 MHz

· Sairem Auto-tune Algorithm which allows to control the frequency automatically in order to minimize the reflected power

A lo largo de los años, el generador de microondas de alta potencia de nuestra compañía se ha aplicado de manera madura en los campos de la industria química del carbón, la fundición de metales, el tratamiento de lodos de aceite de biomasa, el tratamiento de residuos médicos y el tratamiento de aguas residuales y más. La generación de microondas ya ha exportado a Corea del Sur, Tailandia, Singapur, Estados Unidos, Canadá, Australia, Italia y otros países. Ahora, el rendimiento de nuestra generación puede coincidir en excelencia con los famosos productos similares, como los de Alemania, EE. UU.

Horno de microondas tipo Amana Radarange de 2450 Mhz de frecuencia de salida, 1800 watts de poder y capacidad de 28 litros.

ANÁLISIS QUÍMICOS Y MICROBIOLÓGICOS DE MUESTRAS DE COMPOST DOMÉSTICO Y COMUNITARIO

Conclusión:

En estos 14 últimos años, veo como lo que en 2003 le comentaba a mi excompañero de estudios Abelino Corma, como algo innovador, aunque veo que la UPV ya estaba, simultáneamente haciendo “pinitos” en el tema de la aplicación de las microondas a través su escuela superior de Ingenieros de Telecomunicaciones. A este momento actual de gigantescos magnetrones ya utilizándose por todo el mundo en tratamiento de lodos de aceite de biomasa, de aguas residuales y muchas mas aplicaciones.

A mi hija Orene Cabot Moura, Ingeniera Agrónoma Superior que falleció el 21/09/2020, después de haber trabajado durante 14 años en grandes empresas Agronómicas, con una excelente consideración.

ALCAIDE BARBA Mª CÁNDIDA	Control con microondas de Fusarium oxysporum f. sp. melonis
CABALLERO CAMBON HIPÓLITO	Fabricación de un horno microondas para la desinfestación de bandejas de alvéolos de melón