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11.7 Ferramentas de Modelação
Na aquapônica, fluxogramas ou diagramas de estoque e fluxo (SFD) e diagramas de loop causal (CLDs) são comumente usados para ilustrar a funcionalidade do sistema aquapônico. A seguir, fluxograma e CLDs serão descritos. 11.7.1 Fluxogramas Para obter uma compreensão sistêmica da aquapônica, os fluxogramas com os componentes mais importantes da aquapônica são uma boa ferramenta para mostrar como o material flui no sistema. Isso pode ajudar, por exemplo, a encontrar componentes ausentes e fluxos desequilibrados e influenciar principalmente os determinantes dos subprocessos.
· Aquaponics Food Production Systems11.6 Modelação Aquapônica Multi-loop
Os desenhos aquánicos tradicionais compreendem unidades aquacultura e hidropônicas que envolvem a recirculação de água entre ambos os subsistemas (Körner et al. 2017; Graber e Junge 2009). Em tais sistemas aquapônicos de um ciclo, é necessário fazer trocas entre as condições de ambos os subsistemas em termos de pH, temperatura e concentrações de nutrientes, uma vez que peixes e plantas compartilham um ecossistema (Goddek et al. 2015). Em contrapartida, os sistemas aquánicos de ciclo duplo dissociados separam as unidades RAS e hidropônicas umas das outras, criando ecossistemas isolados com vantagens inerentes tanto para plantas como para peixes.
· Aquaponics Food Production Systems11.5 Modelação de Estufas HP
O uso da água das culturas e a absorção de nutrientes são um subsistema central da aquapônica. A parte HP é complexa, uma vez que a absorção pura de água e nutrientes dissolvidos não seguem simplesmente uma relação linear bastante simples, como, por exemplo, o crescimento dos peixes. Para criar um modelo totalmente funcional, é necessário um simulador completo de estufa. Isso envolve sistemas submodelos de física de estufa, incluindo controladores climáticos e biologia de culturas, cobrindo processos interativos com estressores biológicos e físicos.
· Aquaponics Food Production Systems11.4 Modelação da Digestão Anaeróbica
Fig. 11.10 Simulação de TAN (XSubnHx-N,1/Sub) em [mg/l] durante 2 dias = 2880 min com Q = 300 l/min (azul) e Q = 200 l/min (laranja) Fig. 11.11 Simulação de nitrato-N (XSubNO3-N,1/Sub) em [mg/l] durante 50 dias = 72.000 min com Qsubexc/sub = 300 l/dia (amarelo), Qsubexc/sub = 480 l/dia (laranja) e Qsubexc/sub = 600 l/dia (azul) A digestão anaeróbica (DA) do material orgânico é um processo que envolve as etapas sequenciais da hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese (Batstone et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.3 Modelação RAS
A aquicultura mundial atingiu 50 milhões de toneladas em 2014 (FAO 2016). Dada a crescente população humana, há uma crescente demanda por proteínas de peixe. O crescimento sustentável da aquicultura requer novas tecnologias (bio), tais como sistemas de aquicultura de recirculação (RAS). As RAS têm um baixo consumo de água (Orellana 2014) e permitem a reciclagem de produtos excretores (Waller et al. 2015). As RAS fornecem condições de vida adequadas para os peixes, como resultado de um tratamento de água em várias etapas, como separação de partículas, nitrificação (biofiltração), troca gasosa e controle de temperatura.
· Aquaponics Food Production Systems11.2 Fundo
Muitas definições de um sistema estão disponíveis, variando de descrições soltas a formulações matemáticas rigorosas. No que se segue, um sistema é considerado um objeto no qual diferentes variáveis interagem em todos os tipos de escalas de tempo e espaço e que produz sinais observáveis. Esses tipos de sistemas também são chamados de sistemas abertos. Uma representação gráfica de um sistema aberto geral (S) com sinais de entrada e saída com valor vetorial é representada na Fig.
· Aquaponics Food Production Systems11.1 Introdução
Em geral, os modelos matemáticos podem assumir formas muito diferentes, dependendo do sistema em estudo, que podem variar de sistemas sociais, econômicos e ambientais a sistemas mecânicos e elétricos. Normalmente, os mecanismos internos dos sistemas sociais, econômicos ou ambientais não são muito conhecidos ou compreendidos e muitas vezes apenas pequenos conjuntos de dados estão disponíveis, enquanto o conhecimento prévio de sistemas mecânicos e elétricos está em um nível alto, e experimentos podem ser facilmente feitos.
· Aquaponics Food Production Systems10.6 Conclusões
O tratamento de lodo de peixe para redução e recuperação de nutrientes está em fase inicial de implementação. Mais pesquisas e melhorias são necessárias e verão o dia com a crescente preocupação da economia circular. Com efeito, as lamas de peixe têm de ser consideradas mais como uma fonte valiosa em vez de resíduos descartáveis.
· Aquaponics Food Production Systems10.5 Metodologia para quantificar o desempenho de redução de lodo e mineralização
Para determinar a digestão do tratamento de lodo aquapônico em biorreatores aeróbios e anaeróbios, é necessário seguir uma metodologia específica. Apresenta-se no presente capítulo uma metodologia adaptada para fins de tratamento de lamas aquapónicas. Equações específicas foram desenvolvidas para quantificar com precisão seu desempenho (Delaide et al. 2018), que devem ser utilizadas para avaliar o desempenho do tratamento aplicado em uma planta aquapônica específica. Para avaliar o desempenho do tratamento, uma abordagem de balanço de massa precisa ser alcançada.
· Aquaponics Food Production Systems10.4 Tratamentos Anaeróbicos
A digestão anaeróbica (AD) tem sido utilizada há muito tempo para a estabilização e redução do processo de massa de lodo, principalmente devido à simplicidade de operação, custos relativamente baixos e produção de biogás como fonte de energia potencial. A representação estequiométrica geral da digestão anaeróbica pode ser descrita da seguinte forma: $cnhaob+ (n-a/4-b/2)\ cdot H_2O\ rarr (n/2-a/8+b/4)\ cdot CO_2+ (n/2+a/8-b/4)\ cdot CH4$ (10.4) Equação 10.4 Balanço geral de massas de biogás (Marchaim 1992).
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