Aqu @teach: Conexiones, movimiento del agua y aireación
Fontanería
Las tuberías de PVC se usan más comúnmente para fontanería. Están disponibles en muchos tamaños estándar, son rentables, fáciles de cortar y adaptarse a una amplia gama de adaptadores y conectores, y también suelen durar mucho tiempo. También se pueden utilizar otros materiales, pero deben ser seguros tanto para los peces como para las plantas, y para la producción de alimentos. Algunos consejos generales sobre tuberías:
las tuberías tienen que ser «correctas» - si las tuberías son demasiado pequeñas, habrá un problema con las fugas, y si son demasiado grandes los sólidos no se eliminarán porque la presión del agua será demasiado baja
se evitarán las tuberías flexibles para reducir los riesgos de flujo de agua y el biofouling. Biofouling o incrustación biológica es la acumulación de microorganismos, plantas, algas o animales en superficies húmedas (< https://en.wikipedia.org/wiki/Biofouling >).
las conexiones entre los diferentes componentes del sistema deben ser lo más cortas y rectas posible. Esto permite un movimiento más suave del agua. Cada curva o bucle representa un obstáculo para un flujo de agua suave.
Flujo de agua y bombas
Una vez que los componentes aquapónicos están conectados y llenos de agua, el agua debe mantener un nivel constante e igual en todos los componentes. Sin embargo, dado que debe circular, el agua debe moverse por gravedad o por bombeo. El diseño de sistemas hidráulicos sigue el ejemplo de Chapter 2. Después de dibujar un diagrama de flujo de proceso, en la etapa de diseño detallado cada tubería tiene que ser dimensionada, el diámetro elegido en función del caudal volumétrico y la velocidad de flujo (calculada anteriormente), y definido por longitud, accesorios y codos/curvas. Las pérdidas por fricción deben calcularse. Estas pérdidas de fricción deben ser compensadas por la diferencia de presión del agua entre las diferentes alturas del nivel del agua. El bombeo solo debe realizarse en un punto de todo el flujo de recirculación (con dos bombas desacopladas en paralelo) para garantizar condiciones de flujo estables.
La bomba es un componente extremadamente importante del sistema aquapónico, ya que garantiza una circulación fiable del agua en todo el sistema. El agua debe recircularse para suministrar a los microorganismos y plantas los nutrientes necesarios, y para proporcionar a los peces un medio ambiente libre de componentes nocivos. Una bomba inadecuada o poco confiable puede conducir a un suministro insuficiente o excesivo de nutrientes, lo que puede dañar las bacterias, los peces y las plantas. La falta de recirculación, o recirculación demasiado rápida o demasiado lenta, afectará rápidamente a toda la vida en el sistema aquapónico.
Hay una amplia gama de bombas en el mercado, pero pueden dividirse en dos categorías principales: bombas sumergibles o bombas en línea (centrífugas). Las bombas sumergibles se sumergen en el agua del tanque, lo que ayuda a mantenerlas frescas. Por lo general, son menos eficientes que las bombas en línea y son más adecuados para sistemas más pequeños. Las bombas en línea o centrífugas son bombas refrigeradas por aire y se encuentran fuera del tanque. Pueden tener motores de mayor potencia capaces de bombear grandes cantidades de agua.
Al dimensionar la bomba para el sistema aquapónico, primero debe determinarse el caudal, es decir, cuánta agua puede mover la bomba durante un período de tiempo determinado. Por lo general, se mide en litros por minuto o litros por hora. La bomba debe poder recircular todo el volumen de agua en el sistema. Esto puede variar de 3 veces por hora en sistemas muy intensivos a sólo unas pocas veces al día en sistemas extensos. No hay regla de oro. La única forma de calcular la tasa de recirculación de agua requerida es hacer un cálculo adecuado del flujo másico (ver Ejercicio 7). En general, es mejor comprar una bomba más potente ya que permitirá ajustes de flujo. Sin embargo, tales bombas son costosas.
Para ajustar el tamaño de la bomba, también es importante calcular la altura de la cabeza calculando todas las pérdidas de cabeza descritas en el Ejercicio 7. Esta pérdida de cabeza tiene que ser compensada por la diferencia de nivel de agua, que será igual a la altura de los dos niveles de agua que la bomba tiene para levantar el agua en el medio. Normalmente la pecera y el lecho de cultivo estarán en diferentes niveles. Cuanto mayor sea la distancia o mayor sea la cabeza, más energía se requiere para bombear el agua. Cualquier cosa que se pueda hacer para minimizar la cabeza hará que todo el sistema sea más eficiente.
El paso final para determinar el tamaño correcto de la bomba es combinar el caudal y la altura de la cabeza. Generalmente, la mayoría de las bombas vienen con un gráfico que combina el caudal y la altura de la cabeza. Si no es así, generalmente se indican el caudal máximo (Qmax) y la altura máxima de bombeo (Hmax). Si no tiene un diagrama de bomba, asuma que la bomba tiene su eficiencia de bombeo óptima alrededor de Hmax/2, que normalmente alrededor de Qmax/2.
Ejemplo de diseño: Si tiene que recircular 10 m3/h durante 2 m, primero decida si desea utilizar una o dos bombas. Si desea utilizar dos bombas en paralelo, cada bomba tiene que bombear 5 m3/h durante 2 m incluyendo pérdidas de fricción en el tubo de bombeo. Por lo tanto, necesita dos bombas, cada una con Hmax = 4 m y Qmax = 10 m3.
El costo de la energía utilizada para hacer funcionar la bomba es una parte importante de la estructura de costos para ejecutar un sistema aquapónico. Por lo tanto, es importante conocer el consumo eléctrico de la bomba que planea comprar, lo que significa conocer el número de vatios que utiliza la bomba. La bomba ideal hará el trabajo mientras se utiliza la menor cantidad de energía posible. Al comprar una bomba no olvide también comprar una bomba de respaldo en caso de que la primera se rompa, o operar el sistema con dos bombas en paralelo (muy recomendable) y tener una bomba de respaldo.
Regulación del flujo de agua y el nivel del agua
La velocidad de flujo objetivo en las tuberías es de alrededor de 0.7-1 m/s. Si está por debajo de 0.7 m/s existe un riesgo de depósito de lodos, mientras que por encima de 1 m/s hay una pérdida innecesaria de energía por fricción. El caudal de agua en el sistema se puede ajustar mediante la instalación de:
una bomba donde el flujo puede ser regulado
una válvula de regulación
un temporizador eléctrico conectado a la bomba
un regulador de flotador de nivel de agua con o sin sensor de nivel de agua
En sistemas acuapónicos, especialmente en sistemas de lecho de cultivo de medios, un sifón de campana es ampliamente utilizado para regular el flujo de agua y el nivel. Los sifones de campana permiten que el agua del lecho de cultivo se drene automáticamente en el tanque de peces y la bomba toma el agua del tanque de peces en el lecho de cultivo. Además de la regulación automática del agua que ahorra mucho tiempo y esfuerzo, los sifones de campana tienen varios otros beneficios cuando se utilizan con sistemas aquapónicos:
más aireación para las raíces de las plantas
movimiento constante y constante del agua
el proceso es automático
garantiza la máxima eficiencia
simple y fiable
Existen otras formas sencillas de regular el nivel del agua mediante mamparos, tuberías de agua o sifones de bucle (Castelo 2018).
Problemas con el movimiento del agua
Si el agua no está circulando o el caudal se reduce, puede haber varias razones; por ejemplo:
la bomba no funciona
las hélices de la bomba están abrasadas/dañadas por arenas/medios de cultivo
no hay suficiente agua en el sistema
burbujas de aire interrumpieron el flujo de agua
las tuberías están obstruidas
hay peces muertos en las tuberías
Pérdidas de agua y reservas de agua
Un poco de agua se perderá inevitablemente del sistema debido a la evapotranspiración. Los principales problemas son las pérdidas de agua debido a fugas (que son causadas por obstrucción) o averías de la bomba. Uno debe ser consciente de que todos y cada uno de los agujeros, cada sello, cada conexión de tubería y cada daño mecánico es un peligro potencial que puede causar una fuga. Sin embargo, si la tubería está diseñada correctamente y sellada apropiada/pegada, entonces esto no debería ser un problema. Es imperativo probar el flujo de agua al arrancar el sistema para asegurarse de que no haya fugas.
También considere lo que sucederá si la bomba deja de funcionar o si hay un corte de energía. ¿Dónde fluirá el agua? El diseño adecuado del sistema incluye un volumen tampón en el nivel más bajo del sistema (generalmente el sumidero de la bomba) para almacenar todo el agua desbordante desde los puntos más altos del sistema. Si se diseñan correctamente, los acuarios perderán entre 5-10 cm de profundidad de agua que se puede almacenar por el volumen de repuesto del sumidero de la bomba y el biofiltro. Esta es la razón por la cual el biofiltro y el sumidero de la bomba generalmente parecen bastante vacíos en un sistema diseñado adecuadamente. Uno tiene que instalar alarmas apropiadas y, mejor aún, métodos para encender automáticamente las bombas de respaldo, conectadas a un generador eléctrico. El agua perdida se debe recargar todos los días (1,5% durante el funcionamiento normal, fallas no incluidas). Por lo tanto, se necesita un tanque de sumidero de volumen adecuado, o una conexión muy fiable a otra fuente de agua.
*Copyright © Socios del Proyecto Aqu @teach. Aqu @teach es una asociación estratégica Erasmus+ en educación superior (2017-2020) dirigida por la Universidad de Greenwich, en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich (Suiza), la Universidad Técnica de Madrid (España), la Universidad de Liubliana y el Centro Biotécnico Naklo (Eslovenia) . *