acuicultura avanzada ingeniería de sistemas acuícolas · aire en el agua agua en el aire....

Acuicultura Avanzada

Ingeniería de Sistemas Acuícolas

Sistemas de Oxigenación

Prof. Dr. Ing. Miguel Jover Cerdá

INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN

Sistemas de aireación- oxigenación

SISTEMAS NATURALES

+ Cascadas o saltos

+ Tubos en “U”

AIREACIÓN ARTIFICIAL

+ Soplantes y difusores

+ Aireadores de superficie

OXÍGENO LÍQUIDO

+ Oxígeno en Tanque

+ Recirculación (biconos)

+ Oxigeno en Q entrada

SIN GASTO DE ENERGÍA PERO

REQUIEREN PENDIENTE

ENERGIA Y OXIGENO

REQUIEREN ENERGÍA

CAMARA ATMOSFERA O2

GASTO DE OXÍGENO

(EMERGENCIA)

Aire en el agua

Agua en el aire

http://www.google.es/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=fopOFG6fi57UnM&tbnid=0RMk5cGvZsBTmM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http%3A%2F%2Fserver-die.alc.upv.es%2Fasignaturas%2FTEII%2F2010-2011%2FB19%2Findex.htm&ei=llJxUrbiGOfA7AbX74GwDA&psig=AFQjCNE1I2pImIn2jMb8SKmhD-s1hgEFEA&ust=1383244822484661



http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=7BU-qMViVsZAGM&tbnid=DAkfT-qPCSzx5M:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fbaliaga21.blogspot.com%2F2010%2F09%2Fcomposicion-del-aire-que-respiramos.html&ei=Re1xUqiSC5GR7AbJ8IH4Dg&bvm=bv.55819444,d.ZGU&psig=AFQjCNEh-MTpwcddASbgh0zLGLHXd9MlOA&ust=1383284353256680

El proceso de transferencia de oxígeno del aire al agua tiene

3 fases:

1) Transferencia de la fase gas a inter-fase gas-liquido

2) A través de la inter-fase gas-liquido limitante

3) Difusión del oxígeno por la masa líquida

La transferencia (dC/dt) depende de :

dC/dt = K * (A/V) * (Cs - Ci) = mg/l/h

K = coeficiente de transferencia

A = superficie de contacto aire-agua

V = volumen de agua a oxigenar

(Cs - Ci) = gradiente de [O2]

SISTEMA - EQUIPO

MEZCLA Y

TURBULENCIA

DEFICIT



dC/dt = K * (Cs - Ci)

h = 1 m / Tª= 14ºC K= 0.50

CASCADAS CON

DISPOSITIVOS

h/T 6 10 14 18 22

0,5 0,29 0,32 0,35 0,37 0,40

1 0,44 0,47 0,50 0,53 0,55

La aireación se consigue por eL contacto de

la cortina de agua o las gotas con el aire



RATIO DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO –

EFICIENCIA ESTANDAR DE UN AIREADOR

Standard Aerator Efficiency (SAE) : SOTR dividido

por la potencia del aireador (se expresa en kg de

oxigeno por kilowatio y hora)

La capacidad de una aireador para transferir oxígeno al agua se

expresa como:

Standard Oxygen Transfer Rate (SOTR): cantidad de oxígeno

transferido por el aireador en una hora en un agua limpia a

20°C con 0 mg/I O2 (se expresa en kg/hora)

FACILITADO POR EL FABRICANTE DEL EQUIPO




Sat [O2] agua limpia

>

Sat [O2] agua peces

0.92 – 0.98

Corrección del SAE

por Tª y [O2]


ELECTROSOPLANTES Y DIFUSORES

LA AIREACIÓN SE CONSIGUE AL INYECTAR AIRE

EN UNA MASA DE AGUA MEDIANTE UN

ELECTROSOPLANTE Y DIFUSORES (200 g O2/ml)



+ BURBUJA < 2 mm 1.2 - 2.0 Kg O2 / Kwh

+ BURBUJA = 2-5 mm 1.0 – 1.6 “

+ BURBUJA > 5 mm 0.6 – 1.2 “

ELECTROSOPLANTES Y DIFUSORES

+ REQUIERE UNA PROFUNDIDAD MINIMA DE 1 m

+ MAYORES COSTES: EMERGENCIA, INVESTIGACIÓN

+ PERMITE CENTRALIZAR LA AIREACIÓN


+ Q = 100 – 700 m3 aire / hora

+ Caudales lineales medios = 10 - 40 m3/h/m tubo poroso

+ Transferencia O2 = 2 – 3 % / m altura columna agua



SEDIMENTACION LODOS LIMPIEZA DE LOS DIFUSORES

Efic. Transferencia Oxígeno

Ox. Dis./ Ox. Iny. = K’ * H * F

+ K’ = Coef. Trans. Ø Burbuja

+ H = Altura agua

+ F = Coef. [O2] = (Cs-C)/Cs

(Barnabe, 1995)

EFICIENCIA DE LA DIFUSIÓN DE AIRE


EL CAUDAL DE AIRE TIENE UN IMPORTANTE EFECTO

EN EL APORTE DE OXIGENO (según Boyd):

H

(m)

C.V. Q aire

(m3/h)

Q oxígeno

(Kg O2/h)

SAE

(Kg O2/CVh)

0.9 0.14 4.9 0.13 0.97

0.9 0.48 11.3 0.24 0.50

1.5 0.19 4.9 0.22 1.17

1.5 0.62 11.3 0.41 0.67



AIREADORES DE SUPERFICIE

+ AIREADORES DE PALETAS 1.1 - 3.0 Kg O2 / Kwh

+ BOMBAS VERTICALES 0.7 – 1.8 “

+ TURBINAS 1.2 – 2.4 “

+ HIDROEYECTORES 1.7 – 1.9 “

LA AIREACIÓN SE CONSIGUE AL AGITAR, BATIR

O ROCIAR LA SUPERFICIE DEL AGUA

Salinidad (‰) kW SAE (kg O2/kwh)

0 0.37 / 0.75 1.93 / 2.07

11 0.37 / 0.75 3.22 / 3.03

22 0.37 / 0.75 3.46 / 3.07

Efecto positivo

de la salinidad

(Fast y col., 1999)



AIREADORES DE PALETAS



BOMBAS VERTICALES




IMPORTANTE EL MOVIMIENTO DEL AGUA PARA

DISPERSAR EL OXÍGENO POR TODO EL ESTANQUE:

+ CAUDAL

+ AIREADORES

EROSION

SEDIMENTACION

Camarones: 15-20kW / Ha


HIDROEYECTORES

+ Efecto venturi al girar una

hélice en el interior del agua

+ Homogeneización del agua





http://www.acquaeco.com/prodotti.php?idx=7

http://www.acquaeco.com/prodotti.php?idx=8

LA ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE AIREACIÓN SE DEBE BASAR

EN LA EFICIENCIA REAL DEL AIREADOR

CANTIDAD DE OXIGENO CAPAZ DE APORTAR AL AGUA (Kg/KWh)

EJEMPLO: Caudal de oxígeno 450 m3/h y

caudal de amoniaco 165 m3/h:

+ (450-165) * 4.4 = 1254 g/h de oxígeno

SAE hidroeyector = 1.8 kg O2/kwh

1.8 * 0.5 = 0.9 kg O2/kwh

SUFICIENTE UN HIDROEYECTOR

DE 2 Kwh



VENTURIS




COMPARACIÓN SISTEMAS DE AIREACIÓN


OXIGENO LIQUIDO

1) EMERGENCIAS: CORTE ELECTRICIDAD

2) TRATAMIENTOS PATOLÓGICOS

3) REDUCCIÓN DE CAUDAL ESTIVAL

4) ALTAS TEMPERATURAS

5) CIRCUITO CERRADO

6) AUMENTO DE PRODUCCIÓN


+ Sobresaturaciones de 500%

(Solubilidad máxima a Patm = 47 ppm)

+ 1 Kg de O2 líquido (-183 ºC) = 0,876 l

Densidad O2 líquido = 1.141 Kg/m3

Densidad O2 gas (15 ºC) = 1,342 kg/m3

USOS EN ACUICULTURA


ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE OXIGENO LIQUIDO

+ DEPOSITO O2 LIQUIDO

+ DEGASIFICADOR

+ MANORREDUCTOR

+ CAUDALIMETRO

+ MANÓMETRO

+ DISPOSITIVO DE APLICACIÓN

# Difusión en tanque

# Inyección en tubería

# Bi-cono

# Cámara con atmosfera O2



Ef = 30-40 %

300-400% Sat

Ef > 90 %


200% Sat.

Ef = 95 %


# Inyección en tubería



# Cámara con atmosfera O2



# Cámara con atmosfera O2 en sistema recirculación


O2


# Bi-cono O2

Agua

Saturada

O2

Agua

Déficit

O2



TRANSPORTE DE PECES:

+ Inyección en cubas

+ En bolsas con atmósfera de oxígeno



CAUDALES Y AIREACIÓN EN SISTEMAS EXTENSIVOS

BAJA CARGA DE PECES

BAJO CONSUMO OXÍGENO

ESCASO O NULO CAUDAL DE RENOVACIÓN

SUFICIENTE APORTE O2 MEDIANTE AIREACIÓN SUPERFICIAL

EJEMPLO: Un estanque de 0.3 Ha con pez gato de 450 g a una densidad de 2

ejemplares/m2 , consume 454 g de oxígeno a la hora y requiere un caudal de

162 m3/h, lo que representa una tasa de renovación/h de 0.05.

Considerando una trasferencia media de 3.6 (2.4-12.0) g O2/m2/d por aireación

superficial aporte 450 g O2/h




EFECTO DEL VIENTO EN LA RE-AIREACIÓN (Boyd & Teichert, 1992)


EN LOS SISTEMAS EXTENSIVOS CON POCA RENOVACIÓN AGUA

ACUMULACIÓN DE RESTOS NITROGENADOS

EUTROFIZACIÓN Y BLOOM DE FITOPLANCTON

PRODUCCIÓN DE O2 DIURNA

CONSUMO NOCTURNO DE O2 (2.66 mg/l)

¡PELIGRO SI SE BAJA DE 2-3 ppm!


Consumo Oxígeno en Estanque Pez

gato de 15 kg/Ha/h = 1.5 mg/l/h

+ Fitoplancton = 65%

+ Bentos = 20%

+ Peces = 15%

(Hargreaves & Tucker, 2003)


CARGAS INFERIORES A

5000 PECES /Ha

NO HAY PROBLEMA

CARGAS SUPERIORES A

5000 PECES /Ha

AIREACIÓN

SUPLEMENTARIA

AIREADOR DE PALETAS DE 1-2 Kwh EN CADA ESTANQUE

OXIGENACIÓN CIRCULACIÓN AGUA

ZONA DE AGUA OXIGENADA DONDE SE CONCENTRAN

LOS PECES



EVALUACION ECONOMICA DE LA UTILIZACIÓN DE

AIREADORES EN SISTEMAS EXTENSIVOS

Tabla 18. Efecto de la aireación nocturna (6 horas) de un estanquecon 10000 peces gato /Ha (Lai-Fe & Boyd, 1988)

Con aireación Sin aireación

Oxígeno (mg/l) > 4 2Producción (Kg/Ha) 4813 3659Indice Conversión 1.32 1.75

Tabla 19. Efecto de la aireación contínua de un estanquemediante difusores 0.9 – 3.6 Kw/Ha (Boyd, 1990)

Con aireación Sin aireación

Densidad (ind/Ha) 15000 10000Pienso (Kg/Ha/d) 100-130 60

Producción (Kg/Ha) 4877 3310Indice Conversión 1.91 4.10Supervivencia (%) 86 88



OTROS USOS DE LOS GASES EN ACUICULTURA

+ CO2 PARA FITOPLANCTON

+ OZONO (O3) PARA ESTERILIZACIÓN


+ M.A.P. “ENVASES EN ATMOSFERA MODIFICADA”

Mezcla Ternaria: N2 / CO2 / O2

AIR LIQUIDE


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