Sistemas de Oxigenación

Transcripción

1 Acuicultura Avanzada Ingeniería de Sistemas Acuícolas Sistemas de Oxigenación Prof. Dr. Ing. Miguel Jover Cerdá

2 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 REQUIEREN ENERGÍA Aire en el agua Agua en el aire GASTO DE OXÍGENO (EMERGENCIA) ENERGIA Y OXIGENO CAMARA ATMOSFERA O 2

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4 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 [O 2 ] SISTEMA - EQUIPO MEZCLA Y TURBULENCIA DEFICIT

5 CASCADAS CON DISPOSITIVOS La aireación se consigue por el contacto de la cortina de agua o las gotas con el aire h/t ,5 0,29 0,32 0,35 0,37 0,40 1 0,44 0,47 0,50 0,53 0,55 dc/dt = K * (Cs - Ci) h = 1 m / Tª= 14ºC K= 0.50

6 RATIO DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO EFICIENCIA ESTANDAR DE UN AIREADOR 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 Standard Aerator Efficiency (SAE) : SOTR dividido por la potencia del aireador (se expresa en kg de oxigeno por kilowatio y hora)

7 Corrección del SAE por Tª y [O 2 ] Sat [O2] agua limpia > Sat [O2] agua peces

8 ELECTROSOPLANTES Y DIFUSORES LA AIREACIÓN SE CONSIGUE AL INYECTAR AIRE EN UNA MASA DE AGUA MEDIANTE UN ELECTROSOPLANTE Y DIFUSORES (200 g O 2 /ml)

9 ELECTROSOPLANTES Y DIFUSORES + Q = m 3 aire / hora + Caudales lineales medios = m 3 /h/m tubo poroso + Transferencia O 2 = 2 3 % / m altura columna agua + BURBUJA < 2 mm Kg O 2 / Kwh + BURBUJA = 2-5 mm BURBUJA > 5 mm REQUIERE UNA PROFUNDIDAD MINIMA DE 1 m + MAYORES COSTES: EMERGENCIA, INVESTIGACIÓN + PERMITE CENTRALIZAR LA AIREACIÓN

10 EFICIENCIA DE LA DIFUSIÓN DE AIRE 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) SEDIMENTACION LODOS LIMPIEZA DE LOS DIFUSORES

11 EL CAUDAL DE AIRE TIENE UN IMPORTANTE EFECTO EN EL APORTE DE OXIGENO (según Boyd): H C.V. Q aire Q oxígeno SAE (m) (m 3 /h) (Kg O 2 /h) (Kg O 2 /CVh)

12 AIREADORES DE SUPERFICIE LA AIREACIÓN SE CONSIGUE AL AGITAR, BATIR O ROCIAR LA SUPERFICIE DEL AGUA + AIREADORES DE PALETAS Kg O 2 / Kwh + BOMBAS VERTICALES TURBINAS HIDROEYECTORES Efecto positivo de la salinidad (Fast y col., 1999) Salinidad ( ) kw SAE (kg O 2 /kwh) / / / / / / 3.07

13 AIREADORES DE PALETAS

14 BOMBAS VERTICALES

15 IMPORTANTE EL MOVIMIENTO DEL AGUA PARA DISPERSAR EL OXÍGENO POR TODO EL ESTANQUE: + CAUDAL + AIREADORES EROSION SEDIMENTACION Camarones: 15-20kW / Ha

16 HIDROEYECTORES + Efecto venturi al girar una hélice en el interior del agua + Homogeneización del agua

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20 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 m 3 /h: + ( ) * 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

21 VENTURIS

22 COMPARACIÓN SISTEMAS DE AIREACIÓN

23 OXIGENO LIQUIDO + 1 Kg de O 2 líquido (-183 ºC) = 0,876 l Densidad O 2 líquido = Kg/m 3 Densidad O 2 gas (15 ºC) = 1,342 kg/m 3 USOS EN ACUICULTURA + Sobresaturaciones de 500% (Solubilidad máxima a P atm = 47 ppm) 1) EMERGENCIAS: CORTE ELECTRICIDAD 2) TRATAMIENTOS PATOLÓGICOS 3) REDUCCIÓN DE CAUDAL ESTIVAL 4) ALTAS TEMPERATURAS 5) CIRCUITO CERRADO 6) AUMENTO DE PRODUCCIÓN

24 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 O 2

25 200% Sat. Ef = 95 % % Sat Ef > 90 % Ef = %

26 # Inyección en tubería

27 # Cámara con atmosfera O 2

28 # Cámara con atmosfera O 2 en sistema recirculación O 2

29 # Bi-cono Agua Déficit O 2 O 2 Agua Saturada O 2

30 TRANSPORTE DE PECES: + Inyección en cubas + En bolsas con atmósfera de oxígeno

31 CAUDALES Y AIREACIÓN EN SISTEMAS EXTENSIVOS BAJA CARGA DE PECES BAJO CONSUMO OXÍGENO ESCASO O NULO CAUDAL DE RENOVACIÓN SUFICIENTE APORTE O 2 MEDIANTE AIREACIÓN SUPERFICIAL EJEMPLO: Un estanque de 0.3 Ha con pez gato de 450 g a una densidad de 2 ejemplares/m 2, consume 454 g de oxígeno a la hora y requiere un caudal de 162 m 3 /h, lo que representa una tasa de renovación/h de Considerando una trasferencia media de 3.6 ( ) g O 2 /m 2 /d por aireación superficial aporte 450 g O 2 /h

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

33 EN LOS SISTEMAS EXTENSIVOS CON POCA RENOVACIÓN AGUA ACUMULACIÓN DE RESTOS NITROGENADOS EUTROFIZACIÓN Y BLOOM DE FITOPLANCTON PRODUCCIÓN DE O 2 DIURNA 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) CONSUMO NOCTURNO DE O 2 (2.66 mg/l) PELIGRO SI SE BAJA DE 2-3 ppm!

34 CARGAS INFERIORES A 5000 PECES /Ha CARGAS SUPERIORES A 5000 PECES /Ha NO HAY PROBLEMA AIREACIÓN SUPLEMENTARIA AIREADOR DE PALETAS DE 1-2 Kwh EN CADA ESTANQUE OXIGENACIÓN CIRCULACIÓN AGUA ZONA DE AGUA OXIGENADA DONDE SE CONCENTRAN LOS PECES

35 EVALUACION ECONOMICA DE LA UTILIZACIÓN DE AIREADORES EN SISTEMAS EXTENSIVOS Tabla 18. Efecto de la aireación nocturna (6 horas) de un estanque con peces gato /Ha (Lai-Fe & Boyd, 1988) Con aireación Sin aireación Oxígeno (mg/l) > 4 2 Producción (Kg/Ha) Indice Conversión Tabla 19. Efecto de la aireación contínua de un estanque mediante difusores Kw/Ha (Boyd, 1990) Con aireación Sin aireación Densidad (ind/ha) Pienso (Kg/Ha/d) Producción (Kg/Ha) Indice Conversión Supervivencia (%) 86 88

36 OTROS USOS DE LOS GASES EN ACUICULTURA + CO 2 PARA FITOPLANCTON + OZONO (O 3 ) PARA ESTERILIZACIÓN + M.A.P. ENVASES EN ATMOSFERA MODIFICADA Mezcla Ternaria: N 2 / CO 2 / O 2 AIR LIQUIDE

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