Capítulo 11 Modelización de sistemas acuapónicos
11.8 Discusión y conclusiones
La acuapónica son sistemas técnicos y biológicos complejos. Por ejemplo, las posibles explicaciones para los peces que no crecen adecuadamente pueden ser pequeñas raciones de alimentos, calidad adversa del agua, problemas técnicos que causan estrés, etc. Debido a la biología inherentemente lenta, las investigaciones científicas de la validez de estas explicaciones serían tediosas y requerirían varios ensayos experimentales para obtener todos los factores importantes y sus interacciones, exigiendo una gran cantidad de instalaciones, experiencia, tiempo de investigación y activos financieros.
· Aquaponics Food Production Systems11.7 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.
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