FarmHub
11.7 Herramientas de modelado
En acuapónica, los diagramas de flujo o los diagramas de flujo y stock (SFD) y los diagramas de bucle causal (CLD) se utilizan comúnmente para ilustrar la funcionalidad del sistema aquapónico. A continuación, se describirán el diagrama de flujo y los CLDs. Gráficos de flujo ## 11.7.1 Para obtener una comprensión sistémica de la acuapónica, los diagramas de flujo con los componentes más importantes de la acuapónica son una buena herramienta para mostrar cómo fluye el material en el sistema.
· Aquaponics Food Production Systems11.6 Modelado aquapónico multibucle
Los diseños acuapónicos tradicionales comprenden unidades acuícolas e hidropónicas que implican la recirculación de agua entre ambos subsistemas (Körner et al. 2017; Graber y Junge 2009). En estos sistemas acuapónicos de un bucle, es necesario hacer compensaciones entre las condiciones de ambos subsistemas en términos de pH, temperatura y concentraciones de nutrientes, ya que los peces y las plantas comparten un ecosistema (Goddek et al. 2015). Por el contrario, los sistemas acuapónicos de doble bucle desacoplados separan las unidades RAS y las unidades hidropónicas entre sí, creando ecosistemas separados con ventajas inherentes tanto para las plantas como para los peces.
· Aquaponics Food Production Systems11.5 HP Modelado de invernadero
El uso del agua de los cultivos y la absorción de nutrientes es un subsistema central de acuapónica. La parte de HP es compleja, ya que la absorción pura de agua y nutrientes disueltos no se limita a seguir una relación lineal bastante simple como, por ejemplo, el crecimiento de los peces. Para crear un modelo completamente funcional, se necesita un simulador completo de invernadero. Esto implica sistemas submodelo de física de invernadero, incluyendo controladores climáticos y biología de cultivos que cubren procesos interactivos con factores de estrés biológicos y físicos.
· Aquaponics Food Production Systems11.4 Modelación de la digestión anaeróbica
Fig. 11.10 Simulación de TAN (XSubnHX-N,1/sub) en [mg/l] durante 2 días = 2880 min con Q = 300 l/min (azul) y Q = 200 l/min (naranja) Fig. 11.11 Simulación de nitrato-N (XSubno3-N,1/sub) en [mg/l] durante 50 días = 72.000 min con QSubexc/sub = 300 l/día (amarillo), QSubexc/sub = 480 l/día (naranja) y QSubexc/sub = 600 l/día (azul) La digestión anaeróbica (DA) de material orgánico es un proceso que implica los pasos secuenciales de hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis (Batstone et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.3 Modelado de RAS
La acuicultura mundial alcanzó los 50 millones de toneladas en 2014 (FAO 2016). Dada la creciente población humana, existe una creciente demanda de proteínas de pescado. El crecimiento sostenible de la acuicultura requiere tecnologías novedosas (bio), como los sistemas acuícolas de recirculación (RAS). Las RAS tienen un bajo consumo de agua (Orellana 2014) y permiten el reciclaje de productos excretores (Waller et al. 2015). Las RAS proporcionan condiciones de vida adecuadas para los peces, como resultado de un tratamiento del agua en varios pasos, como la separación de partículas, la nitrificación (biofiltración), el intercambio de gases y el control de la temperatura.
· Aquaponics Food Production Systems11.2 Antecedentes
Hay muchas definiciones de un sistema disponibles, que van desde descripciones sueltas hasta formulaciones matemáticas estrictas. En lo que sigue, un sistema es considerado como un objeto en el que diferentes variables interactúan en todo tipo de escalas de tiempo y espacio y que produce señales observables. Estos tipos de sistemas también se llaman sistemas abiertos. En la Fig. 11.2 se representa una representación gráfica de un sistema abierto general (S) con señales de entrada y salida valoradas por vectores.
· Aquaponics Food Production Systems11.1 Introducción
En general, los modelos matemáticos pueden adoptar formas muy diferentes dependiendo del sistema estudiado, que pueden variar desde sistemas sociales, económicos y ambientales hasta sistemas mecánicos y eléctricos. Por lo general, los mecanismos internos de los sistemas sociales, económicos o ambientales no son muy conocidos ni comprendidos y, a menudo, sólo se dispone de pequeños conjuntos de datos, mientras que el conocimiento previo de los sistemas mecánicos y eléctricos es de alto nivel, y los experimentos se pueden realizar fácilmente.
· Aquaponics Food Production Systems10.6 Conclusiones
El tratamiento de lodos de peces para la reducción y la recuperación de nutrientes se encuentra en una fase temprana de aplicación. Se necesitan más investigaciones y mejoras, que verán el día con la creciente preocupación de la economía circular. De hecho, los lodos de peces deben considerarse más como una fuente valiosa en lugar de un residuo desechable.
· Aquaponics Food Production Systems10.5 Metodología para cuantificar el rendimiento de reducción de lodos y mineralización
Para determinar la digestión del tratamiento de lodos acuapónicos en biorreactores aeróbicos y anaeróbicos, es necesario seguir una metodología específica. En este capítulo se presenta una metodología adaptada para el tratamiento de lodos acuapónicos. Se han desarrollado ecuaciones específicas para cuantificar con precisión su desempeño (Delaide et al. 2018), y estas deben ser utilizadas para evaluar el desempeño del tratamiento aplicado en una planta acuapónica específica. Para evaluar el rendimiento del tratamiento, es necesario lograr un enfoque de equilibrio de masas.
· Aquaponics Food Production Systems10.4 Tratamientos anaeróbicos
La digestión anaeróbica (DA) se ha utilizado durante mucho tiempo para la estabilización y reducción del proceso de masa de lodos, principalmente debido a la simplicidad de operación, los costos relativamente bajos y la producción de biogás como fuente de energía potencial. La representación estequiométrica general de la digestión anaeróbica puede describirse de la siguiente manera: $cnhaOB+ (n-a/4-b/2)\ cpunto H_2O\ rarr (n/2-a/8+b/4)\ cpunto CO_2+ (n/2+a/8-b/4)\ cdot CH4$ (10.4) Ecuación 10.4 Balance general de masa de biogás (Marchaim 1992).
· Aquaponics Food Production Systems