Germoplasma, bancos para la conservación de semillas

La conservación de las semillas es una labor tan loable como ardua. Preservarlas, con el propósito de responder a las necesidades alimenticias del futuro, corresponde a una obligación en la que los gobiernos tienen planes de acción determinados. Así, adquiere un tono especial que el frío participe de esta actividad

Camilo Botero

Se denomina banco de germoplasma, o banco de semillas, a un lugar destinado a la conservación de las distintas variedades genéticas de uno o varios cultivos y sus especies relacionadas. Es, también, donde se guardan las semillas que están en peligro de perderse por factores como la colonización y el uso agrícola del suelo. Por tanto, la meta es conservar los genes o especies que se dejaron de sembrar en el transcurso del tiempo y han sido remplazados por muchas otras variedades, con el fin de tratar de conservar estos recursos. El resguardo de las semillas se realiza a bajas temperaturas (hasta -25 °C), de modo que pueda mantener una adecuada viabilidad por mucho tiempo, hasta 50 años.

Las razones para tener estos bancos son muchas: sea porque algunas especies, al ir cambiando genéticamente, pierden su composición original, y es conveniente guardar su versión primaria; o porque las plagas, guerras, o algún otro factor catastrófico, destruyan las variedades de semillas de una región. Otro factor de importancia es que de la semilla original se pueden obtener las características básicas para su mejoramiento, quizás una especie nativa puede presentar una resistencia importante a alguna plaga o enfermedad, pero puede no ser atractiva para su comercialización, por lo que esta característica puede ser usada en otra variedad a través del mejoramiento y que así pueda contribuir a la economía de los productores agrícolas.

Hay millones de semillas guardadas en cientos de laboratorios de germoplasma alrededor del mundo y, no obstante, esto sólo es una fracción de todo lo que podría conservarse de semillas en el planeta para alimentar a la humanidad, ya que hay muchas regiones con especies que aún no han sido exploradas, por lo que es allí donde son fundamentales los bancos de germoplasma.

CIAT: compromiso con el futuro
Debido a que las semillas pierden su pureza con el tiempo, éstas tienen que ser sembradas de nuevo periódicamente, de tal manera que se puedan cosechar semillas frescas, las cuales inician otra ronda de almacenamiento a largo plazo, para garantizar la seguridad alimentaria de la humanidad. Esto exige que los cuartos fríos para dicha conservación se diseñen, construyan y operen con las más altas exigencias de tecnología y control.

En el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), ubicado en la ciudad de Palmira Valle, Colombia, y el cual lleva en funcionamiento alrededor de 60 años, se tienen semillas de frijol y yuca que deben ser almacenadas por más de 50 años. En consecuencia, este centro ha emprendido un ambicioso proyecto para desarrollar un laboratorio de recursos genéticos, con un banco de germoplasma de última generación, ya que su misión es “reducir el hambre y la pobreza y mejorar la nutrición humana en los trópicos, mediante una investigación que aumente la ecoeficiencia de la agricultura”.

Más de 200 científicos, gran cantidad de ellos con nivel académico de PhD y otros profesionales, llevan a cabo la labor investigativa en el CIAT. Estos investigadores trabajan en colaboración con cientos de socios y con el apoyo de una amplia gama de donantes.

El CIAT desarrolla y colecta variedades de frijol (más de 20 mil especies), de yuca (más de 6 mil especies) y de forrajes, que sean más resilientes, productivas y rentables, siendo vitales estos cultivos para la seguridad alimentaria del mundo. La plataforma de biociencias del CIAT incluye el mayor banco de germoplasma de América Latina y laboratorios en donde científicos de todo el mundo hacen el mejoramiento de los cultivos. El CIAT busca soluciones innovadoras frente a importantes retos en la agricultura tropical, que generan grandes logros para las entidades que los apoyan y se benefician de su labor.

Teniendo en cuenta estos antecedentes, el CIAT está diseñandoun laboratorio más moderno para sus actividades, con un énfasis prioritario respecto a cuartos fríos, salas de procesos, investigación y docencia; además, cuenta con una arquitectura de diseño inspirador, y tiene altas expectativas en cuanto a sostenibilidad, cuidado del medioambiente, máxima eficiencia en el consumo de energía y posibilidad de adaptarse de manera ajustada a las cargas parciales. De hecho, los desarrolladores han decidido buscar la certificación LEED Platino para lograr el balance de Energía Cero (NZEB, por sus siglas en inglés) o, mejor aún, un balance positivo, generando su propia energía eléctrica, con paneles fotovoltaicos, ya que hay un área suficiente para ello. Se pretende utilizar medidores de consumos eléctricos bidireccionales, para interactuar con la red pública.

Durante su diseño se utilizaron técnicas de simulación de las cargas térmicas, cargas de humedad y sus perfiles de las demandas de energía y secado a lo largo de un día típico, teniendo en cuenta las variaciones climáticas durante un año. También, se han combinado de manera conveniente metodologías de arquitectura bioclimática con diseños de climatización, deshumidificación, refrigeración y extracción de máxima eficiencia y rendimiento, integrando ingeniería y arquitectura nacional e internacional a través de un equipo de diseño e interventoría de grandes competencias en las más recientes tecnologías, para garantizar el óptimo desempeño de este banco de germoplasma. Del mismo modo, este instituto cuenta con la participación de científicos de varios países y expertos en recursos genéticos, quienes han definido los parámetros que optimizan su labor de investigación.

Los temas de la climatización, deshumidificación, refrigeración y extracción del polvo que genera la preparación de las semillas se interactúan y requieren de un detallado proceso de cálculos de las cargas térmicas, cargas de humedad, elaboración de complejas cartas psicrométricas con sus respectivos diagramas de balances de masa y energía en cada equipo.

Se le ha dado prioridad a tener el laboratorio con aislamientos, que minimicen las cargas por transmisión y radiación, la cual es muy severa en la zona tropical en donde se encuentra. Se calculó un espesor adecuado de aislamiento para los cuartos fríos, lo que producirá un consumo mínimo de energía para la refrigeración y gran estabilidad de la temperatura de diseño al interior.

Se ha hecho un balance y análisis técnico-económico para determinar el medio de condensación del chiller y lograr su máxima eficiencia, saliendo favorecida la condensación por aire, la cual utilizará compresores de velocidad variable. Las unidades manejadoras de aire son ciento por ciento de aire exterior, con recuperación entálpica de energía, descargando a vigas frías, que se encargarán de llevar la carga sensible al interior de los espacios, con un mínimo de consumo de energía eléctrica en el tema de manejo del aire. Con el aire exterior se consigue, también, la secuencia de los diferenciales de presión requeridos para evitar las contaminaciones cruzadas en el laboratorio.

La selección de temperatura del agua fría impone un reto para lograr los ADP (Apparatus Dew Point) que son muy diversos para las diferentes áreas. En este sentido, la más crítica tiene un valor de 48 °F (8.9 °C), esto llevó a una temperatura del agua fría de 42 °F (5.6 °C), con un delta de temperatura de sólo 6 °F, lo cual exige una selección de serpentines con un número de filas considerablemente superior al que normalmente se utiliza.

El cálculo detallado de las cargas de humedad exige que el coeficiente global de permeancia de humedad en los cuartos fríos sea mínimo, lo cual requiere una barrera de vapor continua y de gran resistencia a dejar pasar la humedad a través de las paredes de los cuartos fríos, ya que los diferenciales de presiones parciales, generados por la baja humedad específica en el interior de los cuartos fríos y la alta humedad específica en el exterior, que generan dicha transferencia de masa, son muy elevados por estar en una zona tropical, con alto contenido de humedad específica en el aire, principalmente en días muy cálidos, del orden de 36 °C; por ejemplo: si viene una tormenta tropical y luego sale el sol de nuevo, la humedad específica es de  170 granos por libra de aire seco (24 gramos por kilogramo de aire seco).

La selección de los equipos de deshumidificación, de tipo rueda de absorción, se hizo sumando todas las cargas de humedad, ya que este proceso es crítico en las zonas de secado de las semillas. La regeneración de la rueda desecante se hará con agua caliente proveniente de colectores solares, con apoyo de calentadores a gas, cuando no haya radiación solar, para optimizar el uso de la energía por este concepto.

El sistema de colección de polvo mediante transporte neumático debe ser tal que recoja el polvillo de las zonas de preparación de las semillas; dicho polvillo es muy fino y por tanto los diseños de los dispositivos de captación del polvo deben ser muy elaborados, ya que este punto es crítico para colectarlo adecuadamente, sin generar contaminación en los sitios de trabajo. Los polvillos recogidos y transportados neumáticamente, son llevados a un colector de polvo con filtros de cartucho, el cual tiene un sistema de limpieza automático con aire comprimido. El sistema de control será en tiempo real, ligado a un sistema BAS (Building Automation System), compatible con protocolo BacNet de ASHRAE, el cual debe obedecer a una gestión que se ajuste a los cambios climáticos y de ocupación; es decir, a las cargas parciales, de la manera más precisa posible, haciendo que todos los equipos y componentes sólo consuman la energía que requiera el laboratorio en un momento dado. Deben poderse programar y cambiar los parámetros por un operador de tiempo completo y con autorización para realizar dichos cambios, sin que afecte la correcta operación del laboratorio.

Sobre el autor

Camilo Botero
Expresidente de ACAIRE en dos periodos. Miembro de ASHRAE y de la ACIEM. Es secretario de la FAIAR. Fue nominado en Who is Who in Science & Engineering (2007, USA) y en IBC Foremost Engineers of the World (2008, Cambridge, Inglaterra). Es presidente de Camilo Botero Ingenieros Consultores, Ltda., y se ha desempeñado como docente en universidades colombianas.