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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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)
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
+ 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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
+ Q = 100 – 700 m3 aire / hora
+ Caudales lineales medios = 10 - 40 m3/h/m tubo poroso
+ Transferencia O2 = 2 – 3 % / m altura columna agua
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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)
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
AIREADORES DE PALETAS
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
BOMBAS VERTICALES
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
VENTURIS
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
+ 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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
Ef = 30-40 %
300-400% Sat
Ef > 90 %
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
200% Sat.
Ef = 95 %
# Inyección en tubería
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
# Cámara con atmosfera O2
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
# Cámara con atmosfera O2 en sistema recirculación
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
O2
# Bi-cono O2
Agua
Saturada
O2
Agua
Déficit
O2
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
TRANSPORTE DE PECES:
+ Inyección en cubas
+ En bolsas con atmósfera de oxígeno
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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!
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
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
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
OTROS USOS DE LOS GASES EN ACUICULTURA
+ CO2 PARA FITOPLANCTON
+ OZONO (O3) PARA ESTERILIZACIÓN
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN
+ M.A.P. “ENVASES EN ATMOSFERA MODIFICADA”
Mezcla Ternaria: N2 / CO2 / O2
AIR LIQUIDE
INGENIERIA DE SISTEMAS: OXIGENACIÓN