Controlar el oxígeno disuelto mediante oxígeno puro es fundamental en sistemas RAS intensivo. Según la literatura científica, el uso de oxígeno puede representar entre un 3% y un 5% del costo total de producción. Al igual que ocurre con el alimento o el consumo eléctrico, es crucial gestionar este recurso de manera eficiente. Sin embargo, muchas veces el oxígeno se gestiona mediante configuraciones fijas de flujo, ajustadas manualmente por el operador según las concentraciones observadas de oxígeno disuelto (OD) y su experiencia.
Los sistemas RAS son dinámicos, y la demanda de oxígeno varía en función de eventos programados como la alimentación o la cosecha, o de eventos imprevistos como fallas de equipos, cortes eléctricos o brotes sanitarios.
Es común que los operadores configuren niveles de OD más altos de lo necesario, aumentando el flujo de oxígeno como medida de seguridad ante variaciones naturales del sistema. Se suele depender de un sistema secundario de oxigenación con difusores de burbuja fina, que se activa automáticamente cuando el OD cae bajo un umbral establecido, asegurando así el bienestar de los peces.
Este enfoque es seguro, ya que niveles elevados de oxígeno, a diferencia del CO, disuelto o del nitrógeno supersaturado, no suelen representar un problema para la salud de los peces. Sin embargo, mantener niveles excesivos de OD no es eficiente y puede mejorarse mediante un control basado en datos en tiempo real.
Oxigenación de precisión
Este estudio evaluó el uso de un sistema de oxigenación en flujo lateral (side-stream) para proporcionar oxígeno suplementario bajo demanda en un estanque de 150 m3 destinado al cultivo de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss).
El sistema usado incluye una bomba centrifuga de 3 HP que extrae un caudal lateral de 1.100 L/min (290 gpm) desde el estanque de cultivo y lo envía a un generador de Burbujas en Flujo Descendente (DBC, por sus siglas en inglés), operando a aproximadamente 0,7 bar de presión.
El flujo lateral es oxigenado en el DBC y luego se mezcla con el flujo principal del sistema RAS justo antes de ingresar nuevamente al estanque. La concentración de OD, medida en la caja lateral del estanque, alimenta a un PLC que controla una válvula de aguja automatizada para regular la cantidad de gas oxígeno inyectado en el DBC.
EL DBC aumentó la concentración de OD en el flujo lateral, proporcionando oxigeno suplementario suficiente para los peces y reduciendo la variabilidad del OD en el estanque.
La mayor parte de la demanda de oxígeno fue cubierta por la unidad de oxigenación de baja carga (LHO). La combinación de DBC y LHO permitió mantener un nivel objetivo de OD constante en el estanque, por ejemplo, un punto de ajuste cercano al 110% de saturación. Las mediciones se realizaron en la caja de drenaje dual del estanque.
EL DBC funciona aumentando el tiempo de residencia del oxígeno en la columna de agua, a una presión de 0,7 bar. A medida que el agua desciende por el cono del generador, el área de sección transversal aumenta y la velocidad del flujo disminuye. El flujo se reduce al punto en que iguala la velocidad ascendente de las burbujas de oxígeno; en ese momento, las burbujas quedan suspendidas hasta que se disuelven completamente.
Se estima que los DBC alcanzan eficiencias de absorción de oxígeno del 80-90% con tasas de inyección de gas de oxígeno del 0,5% respecto al caudal de agua, levemente superior al 70-90% de eficiencia del LHO y mucho más alta que la eficiencia de 3-10% de los difusores de burbuja fina utilizados en los estanques.
Observaciones
Durante el estudio, la tasa combinada de flujo de oxígeno hacia el LHO y el DBC varió entre 2,3 y 50,4 L/min. El DBC, por sí solo, inyectó entre 0 y 17,5 L/min. En promedio, el DBC aportó entre 0% y 66% del oxígeno total inyectado. La adición diaria de oxígeno alcanzó un máximo de 67,5 kg/día y disminuyó a 13,0 kg/día a medida que se cosecharon peces y la biomasa del tanque se redujo de 8.450 kg a 3.400 kg.
Se observaron caídas en los niveles de OD varias veces al día cuando el sistema operaba sin control del DBC. Al implementar control proporcional-integral (PI) para el DBC, se logró mantener las concentraciones de OD dentro de los rangos adecuados bajo distintas condiciones operativas del RAS. Una vez implementado por completo, el sistema automatizado mantuvo un nivel objetivo de OD de 11 mg/L en todo momento.
Durante eventos de cosecha, donde se suspende la alimentación durante al menos 24 horas, el sistema detectó una reducción del consumo de oxígeno y ajusto automáticamente la inyección de oxígeno en el DBC. También se observó que el LHO, en algunos casos, aportaba más oxígeno del requerido, generando desperdicio que podría evitarse reduciendo su flujo base y dejando al DBC la responsabilidad del ajuste fino.
Eficiencia y ahorro
Antes del estudio, el OD promedio en el estanque con solo el LHO era de 10,7 mg/L (desviación estándar de 0,38 mg/L). Tras la implementación del DBC, se logró un promedio de 11,1 mg/L (D.E. 0,22 mg/L), con un ahorro estimado de entre 20% y 60% del oxígeno utilizado, manteniendo incluso un nivel superior de OD.
Aplicaciones potenciales
Este enfoque puede utilizarse tanto en el diseño de nuevos sistemas RAS como en la modernización de sistemas existentes, para mejorar la eficiencia de oxigenación y reducir costos operativos.
En el Freshwater Institute también se ha estudiado el mantenimiento de velocidades de nado mínimas de una longitud corporal por segundo en salmón Atlántico post-smolt (Salmo salar), como estrategia para mejorar su crecimiento y bienestar. Para esto, se requiere asistencia hidráulica, que puede integrarse al sistema de flujo lateral y DBC, optimizando simultáneamente la velocidad del agua y la oxigenación.
Además, el sistema DBC puede compartirse entre varios estanques dentro de un mismo módulo RAS. Si se monta sobre una plataforma móvil, se puede trasladar entre estanques según la biomasa, aumentando aún más la eficiencia del equipo.
Este trabajo fue financiado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA-ARS), bajo el acuerdo de subvención N.으 59-1930-1-130.
Para mayor información, contactar a: Scott Tsukuda – Director de Operaciones, Freshwater Institute, Shepherdstown, W. Va. (stsukuda@conserva-tionfund.org) o al Dr. Steve Summerfelt- Director Científico, Superior Fresh, Hixton, Wis. (steve@superiorfresh.com)
