¿Cómo calcular caudales para sistemas acuapónicos?
¡Hola, te saluda el equipo AFO Acuaponía! Vamos a aprender otro importante aspecto sobre producción sostenible.
Para calcular el caudal de tu sistema de acuaponía, es importante que conozcas 2 variables:
1) La especie de pez que vas a cultivar.
2) La resistencia de esta especie a los contaminantes en el agua, y de entre los muchos, se usa como referencia el amoniaco (NH4), ya que es el compuesto base más peligroso para los peces.
Posteriormente, utilizamos la fórmula de Balance de materia (nos dice cuál será la concentración de un compuesto, después de que pase por un sistema de filtración). Esta fórmula:
CE=CS+E x (CD-CS)
Concentración de entrada= Concentración de salida +porcentaje de Eficiencia x ( Concentración deseada - Concentración de salida)
En dicha ecuación, se traen a colación 4 conceptos importantes:
1) (CD) La concentración deseada: se busca que sea de 0 mg/l. Así hay más generación de nutrientes, pues, se supone que, todos los contaminantes serían convertidos en abonos, en un escenario ideal. La concentración deseada es la óptima.
2) (CS) La Concentración de Salida, la cual es la máxima óptima del pez, es decir, la cantidad de contaminantes que puede tener el agua antes de que comiencen a padecer los peces por intoxicación. De aumentarse mucho más los contaminantes en el agua, es natural que mueran los peces. Usualmente, los valores se manejan en partes por millón ppm, o en mg/litros; ambas escalas son iguales. Cada especie resiste unos valores diferentes de máximos óptimos, por ejemplo, las tilapias son 4 veces más resistentes a los contaminantes en el agua que las truchas.
Te dejamos aquí, una tabla con los valores óptimos máximos de algunas especies de peces.
3) (E) La eficiencia de biofiltros y raíces de plantas es del 35 %, pues es esta la capacidad de los mismos al momento de transformar compuestos contaminantes en fertilizantes (nitratos, principalmente). Este valor proviene del consenso de decenas de científicos e ingenieros que hemos trabajado en la materia.
4) (CE) La concentración de entrada, que se relaciona con la cantidad de contaminantes que tendría el agua luego de ser tratada en los sistemas de biofiltración. Se busca que tal concentración sea menor a la máxima óptima del pez, pues estos serán los valores que ingresarán de nuevo al tanque de peces.
Ahora, hagamos un ejercicio:
Proyectemos que estamos en una ciudad fría como Bogotá (Colombia), o Washington (USA), en donde la temperatura ronda los 18 ° Celsius, y el agua que tenemos es apta para el cultivo de truchas, por lo que, en un tanque de 10000 litros, vamos a sembrar 200 truchas para cosecharlas con un peso de 750 gramos (0,75 kg).
La biomasa final de los peces será de 0,75 kg x 200 peces= 150 kg de deliciosa trucha.
Luego, realizando la ecuación de balance de materia, el resultado será:
CE=CS+E x (CD-CS)
Concentración de entrada= Concentración de salida +porcentaje de Eficiencia x ( Concentración deseada — Concentración de salida)
Para este ejercicio puntual, la concentración de entrada nos daría lo siguiente:
CE=0,5 ppm+35 % x (0 ppm-0,5 ppm)=0,325 ppm
Eso significa que, después de que el agua pase por los sistemas de filtración, le será removida al agua un porcentaje 35 % de los contaminantes. Y si el agua pasa cierta cantidad de veces, la concentración no aumentará porque a medida que los contaminantes se van generando, los sistemas de filtración los van transformando. De todo esto, lo más importante es que la concentración de contaminantes nunca sea mayor a la máxima óptima de la especie, para que los peces no se enfermen, afecten o mueran.
Al relacionar la producción de contaminantes con el aguante de la especie que vamos a sembrar, debemos determinar un flujo de agua que nos permita sacar contaminantes del agua a una velocidad suficiente como para que la acumulación no resulte peligrosa.
Para ello, incluimos la ecuación del flujo.
En esta, un nuevo concepto aparece, el cual es la “producción”. Esta se relaciona con la especie que vamos a producir y la cantidad de peces que se quieran tener en el sistema.
Hablaremos de la producción en otro blog, donde enseñaremos cuánto amonio o contaminantes producen cierta cantidad de peces en un estanque por día. Usualmente, los valores de producción se miden en partes por millón o en miligramos por litro. Todos los valores que se usan para el cálculo de caudales en acuaponía y/o acuacultura llevan intrínsecos un factor de tiempo, como por ejemplo: litros por segundo, galones por minuto, metros cúbicos por hora, gramos por día, miligramos por litro por día, y así sucesivamente. En el caso del caudal, los valores que usamos apuntan a que el resultado sea en litros por segundo, pero puedes hacer conversiones a las unidades que necesites.
Para determinar el flujo o caudal, necesitamos los datos de producción, y las concentraciones de salida y entrada. La ecuación de flujo, nos dice lo siguiente:
Continuando con nuestro ejercicio, 200 truchas de 0,75 kg pueden generarnos en un tanque de 5000 litros, unos 0,145 kg de amonio NH3- NH4 y contaminantes por día, lo cual representa unos 145.000 miligramos. Este valor lo hallamos al cotejar el peso de las 200 truchas (0,75 kg) con la adición de un 3 % del peso de la biomasa en alimento concentrado de 35 % de proteína.
Ahora, si calculamos el flujo para esta producción, nos da lo siguiente:
Como la producción se representa en mg por día, el valor de flujo también lo obtendremos en litros por día. Lo que viene a continuación es convertir ese valor al sistema que necesitemos.
Con la información sobre el caudal de diseño de nuestro sistema, podemos dar el paso a encontrar un equipo o una serie de aparatos o equipos que nos permitan mover el agua en nuestro sistema de manera eficiente, que ahorren energía y que puedan ser accionados con energía solar, de preferencia.
Esperamos que esta información te sea de mucha ayuda para tus proyectos, y si tienes personas a quien pueda interesar, no dudes en compartir con ellos y debatir al respecto.
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