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Estructura y diseño

1. 2.1 Cultivo de peces

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   

   Los tanques de peces para acuapónica vienen en una amplia gama de formas, tamaños y materiales, y la selección se basa en gran medida en especies de cultivo. La mayoría de los sistemas grandes utilizan tanques redondos que tienen fondo plano o cónico. El uso del flujo tangencial evitará las zonas muertas cuando se use en tanques redondos (Figura 2). Los tanques de fondo cónico permiten que los sólidos se concentren en la parte inferior (en el cono) y se eliminen fácilmente del sistema. Los tanques de fondo plano están más disponibles, pero la eliminación de sólidos requiere pasos adicionales para garantizar la eliminación adecuada del material orgánico dispersado por el fondo del tanque.

   Los tanques cuadrados también pueden requerir una limpieza adicional, ya que los sólidos o los escombros pueden asentarse en las esquinas (Somerville et al. 2014). El tamaño de los tanques de cultivo de peces sigue los principios de RAS, con una relación de ancho a altura de 3:1 que es ideal para el movimiento y el flujo adecuados del agua. Los tanques de peces son generalmente el punto más alto del sistema y el agua fluye a través de la gravedad hacia el componente de filtración de sólidos.

   Los tanques de calidad comercial se fabrican comúnmente con materiales resistentes y estables a los rayos UV, como plástico de polietileno de alta densidad (HDPE) o fibra de vidrio. En una escala más pequeña o en zonas con recursos limitados, se pueden utilizar contenedores intermedios a granel (IBC) o canales de cemento revestidos. Los materiales aptos para alimentos y resistentes a los rayos UV son necesarios, ya que muchos tanques reutilizados pueden contener productos químicos o materiales peligrosos, lo que los convierte en peces inadecuados destinados al consumo.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *

2. 2.2 Filtración de sólidos

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   La filtración efectiva de sólidos es un componente clave para un sistema que funcione bien y potencialmente el aspecto más importante, ya que influye en la eficiencia de todos los demás procesos. Los sólidos se producen principalmente a partir de piensos no consumidos, residuos de pescado y biofilms bacterianos (clasificados como sólidos en suspensión) (Timmons y Ebeling 2013). Si los residuos no se eliminan, pueden asentarse en las raíces de las plantas (evitando la absorción de nutrientes), recogerse en zonas de bajo flujo de agua (lo que resulta en una mala calidad del agua), provocar la acumulación de gas nocivo y obstruir las tuberías (evitando el flujo de agua suficiente) (Somerville et al. 2014).

   La filtración de sólidos utilizada depende de la calidad y cantidad de alimento que entra en el sistema, con todos los diseños que provienen directamente de la tecnología RAS. Las dos categorías principales de filtración de sólidos son la sedimentación y la filtración mecánica (Lennard 2012).

   Sedimentación: La sedimentación se refiere a los sólidos que se depositan desde la columna de agua a través de la gravedad, que ocurre en el clarificador. Los diseños de clarificador o (eliminación de sólidos) incluyen deflectores, filtros de flujo radial y separadores de remolinos (Figura 3a, b, c). Los separadores de flujo radial son más utilizados y han demostrado ser más eficaces en la eliminación de sólidos asentables que un filtro de remolino en RAS (Davidson y Summerfelt 2005). Los clarificadores deflectores y remolinos son similares en la eficiencia de eliminación de sólidos (Danaher et al. 2013). Las recomendaciones para el material de construcción siguen las de los acuarios mencionados anteriormente.

   

   El tamaño adecuado de los clarificadores y el caudal de agua adecuado son esenciales para una eliminación efectiva de sólidos. Si se confía únicamente en un clarificador para eliminar sólidos sedimentables, se requiere un tiempo de retención de 30 minutos. Esto significa simplemente que la mayoría de los sólidos que pueden asentarse a través de la gravedad lo harán en 30 minutos. Se debe utilizar un caudal de agua de 5 galones por minuto para tanques pequeños y 25 galones por minuto para tanques grandes para calcular el tamaño del tanque de filtración necesario. La filtración con un tamaño inferior (o un caudal demasiado rápido) no será adecuada para eliminar los sólidos de los peces, lo que producirá una acumulación más abajo en el sistema. Del mismo modo, el sobredimensionamiento del componente no es ideal, ya que aumenta el costo inicial, requiere una mayor huella en la instalación y resulta en una mayor cantidad de uso de agua a través de descargas ineficientes.

   

   Los clarificadores solo eliminarán las partículas sólidas grandes en el agua, dejando sólidos demasiado pequeños para asentarse fuera del agua (Summerfelt et al. 2001). Estos sólidos en suspensión deben eliminarse. Una práctica popular por la Universidad de las Islas Vírgenes es dirigir el agua del clarificador a través de tanques llenos de redes de huertos (Figura 4). El material de malla atrapa los sólidos finos, permitiendo que el agua limpia se desnate de la superficie. Otras opciones para eliminar sólidos suspendidos son bolsas de malla fina, medias de mujer, almohadillas de filtro y otras. Estos elementos pueden obstruirse rápidamente si los sólidos sedimentables no se eliminan eficazmente en los clarificadores.

   

   _Separación mecánica: _ La separación mecánica es la eliminación activa de sólidos a través de una pantalla o medio (Lennard 2012).

   Estos filtros son extremadamente eficientes, eliminando sólidos de más de 50 micras, lo que resulta en menos tiempo dedicado a la limpieza y el mantenimiento debido a su conveniente función de lavado automático. Ejemplos de estos filtros incluyen el filtro de tambor (Figura 5a) y un filtro de cuentas presurizado (Figura 5b).

   

   Los filtros mecánicos tienen un precio alto, lo que a menudo los hace prohibitivos para los practicantes de pequeña escala. Además, requieren conocimientos más avanzados para funcionar y son difíciles de obtener en los países en desarrollo. Este tipo de filtración sería apropiado para un sistema acuapónico grande y desacoplado o para aquellos que centran la mayor parte de su operación en la producción de peces.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *

3. 2.3 Filtración biológica

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   La filtración biológica se refiere a la descomposición del amoníaco (NH3 y NH4+) en nitrito (NO2) y luego en nitrato (NO3) por bacterias nitrificantes de origen natural. Estas bacterias viven en la superficie de los medios contenidos en un tanque... colectivamente llamado biofiltro. El proceso de conversión de amoníaco en nitrato se detallará en la sección sobre calidad del agua.

   En RAS, el biofiltro está diseñado para funcionar a baja presión. Hay un tanque dedicado lleno de sustrato como medios Kaldnes, medios granulares, bolas de plástico u otros materiales inertes que tienen una superficie específica grande o área de superficie del medio por unidad de volumen. Cuanto mayor sea la superficie específica, más bacterias pueden crecer en los medios, lo que se traduce en una mayor capacidad de eliminación de amoníaco. Los diseños típicos de biofiltro para RAS incluyen torres de goteo, medios sumergidos, lechos fluidizados, filtros de arena y filtro de lecho estático. En acuapónica, el biofiltro puede ser una unidad separada o parte del sistema. En el cultivo de aguas profundas (DWC), las paredes de las plantas, los fondos de balsa y las raíces de las plantas proporcionan una superficie significativa para la colonización de bacterias nitrificantes. A diferencia de las RAS, el propio sistema AP suele proporcionar una amplia superficie para que las bacterias se colonicen, especialmente para los sistemas acoplados que tienen el tamaño adecuado. El sistema de técnica de película nutritiva (NFT) (ver sección abajo) es una excepción, ya que sólo se aplica una fina capa de agua a las plantas. Si el biofiltro es una unidad separada, debe ubicarse después de la unidad de extracción de sólidos.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *

4. 2.4 Subsistema de cultivo vegetal o hidropónico

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   

   La parte hidropónica del sistema abarca la mayor parte de la huella de la instalación. Se utilizan tres diseños principales: camas de medios, cultivo de aguas profundas (DWC) y NFT.

   media-based systems: El diseño de sistemas basados en medios, a veces llamados inundación y drenaje, es bastante sencillo. Un recipiente lleno de sustrato se inunda periódicamente con agua del tanque de peces. El agua luego drena de nuevo al sumidero (o tanque de peces), trayendo oxígeno en el sustrato para las raíces de las plantas y las bacterias nitrificantes. El lecho de medios soporta la planta a medida que crece y sirve como filtro de sólidos y biológicos (Figura 6). Debido a los relativamente pocos componentes y la facilidad de construcción y operación, estos sistemas son populares para los aficionados y en las regiones en desarrollo. Sin embargo, es poco común encontrar producción comercial utilizando solo camas de medios, ya que son menos productivas que otros tipos que se discuten a continuación. La regla general para los sistemas de medios se detalla en la Tabla 1.

   Tabla 1: Reglas generales para sistemas acuapónicos basados en medios de comunicación.

   

   Una variedad de materiales se pueden usar como sustrato, incluyendo grava de guisantes, roca de lava, guijarros de arcilla expandida u otros medios inertes; los practicantes pueden estar limitados por lo que está disponible localmente. El flujo de agua en el sistema es controlado por un temporizador o sifón. Usando el método del temporizador, el agua se bombea durante una cantidad de tiempo establecida, lo que permite que la cama se llene.

   Cuando el temporizador se apaga, el agua drena hasta que el temporizador enciende de nuevo la bomba. El método de sifón a menudo se implementa utilizando un sifón automático de campana (Figura 7a) o sifón de bucle (Figura 7b). En ambos métodos de sifón, la bomba funciona continuamente, controlando qué tan rápido se llena y drena la cama. Fox et al. (2010) ofrece instrucciones detalladas paso a paso para construir, operar y solucionar problemas de un sifón automático de campana.

   

   Los sistemas de medios de flujo constante ofrecen una alternativa al método de inundación y drenaje. El agua fuertemente aireada fluye hacia el lecho de los medios. En lugar de un ciclo de inundación y drenaje, el nivel del agua se mantiene constante mediante el uso de un tubo de salida. Esto reduce drásticamente el tamaño del sumidero necesario para este tipo de sistema de cultivo.

   Deep Water Culture: Este método de cultivo consiste en suspender las plantas en una balsa flotante, permitiendo que las raíces cuelguen en el agua (Figura 8). Las raíces de las plantas están en contacto constante con el agua rica en nutrientes de la pecera.

   La filtración efectiva de sólidos es un requisito en estos sistemas para evitar que los sólidos entren en el lecho de la planta y obstruyan las raíces de la planta. La aireación también debe proporcionarse en los abrevaderos de las plantas para mantener niveles adecuados de oxígeno para las raíces de las plantas y las bacterias beneficiosas. Junto con su gran capacidad de retención de agua que mantiene los parámetros de calidad del agua más estables, la parte inferior de las balsas y el revestimiento de los canales proporcionan un espacio adecuado para la colonización de bacterias nitrificantes. El diseño en sí también proporciona un amortiguador contra cortes de energía, ya que las raíces permanecen sumergidas en el agua a pesar de la pérdida de agua o flujo de aire.

   Tabla 2: Reglas generales para DWC en acuapónica.

   \ *La excepción se encuentra en etapas tempranas de la vida, donde los peces pueden consumir 5 -10% de su peso corporal en alimentos por día.

   El cultivo de aguas profundas (DWC) es más productivo (kg de producto/m^2^ espacio creciente) que los sistemas basados en medios de comunicación; sin embargo, puede ser más difícil de manejar a menor escala. Estos sistemas están bien investigados por la industria hidropónica y acuapónica y se implementan comúnmente en entornos comerciales.

   Las hierbas y hierbas frondosas, como la albahaca, funcionan bien en este sistema de producción. La fructificación de cultivos como tomates, pepinos y pimientos puede tener éxito con densidades nutritivas adecuadas y apoyo estructural. La técnica DWC puede no ser adecuada para zonas en las que el acceso a suministros o equipos es limitado. Las reglas generales para DWC en acuapónica se enumeran en la Tabla 2.

   Nutrient Film Technique: La tecnología Nutrient Film Technique (NFT) proviene directamente de la industria hidropónica. En este método, las plantas se insertan en la parte superior de los canales horizontales poco profundos. Una pequeña película de agua se bombea a través del canal, entrando en contacto con las raíces vegetales que utilizan esos nutrientes para el crecimiento (Figura 9). Los sistemas NFT, como DWC, requieren suficiente filtración de sólidos para evitar la contaminación de las raíces de las plantas. A diferencia de la DWC, los sistemas NFT necesitan un filtro biológico separado, ya que el canal por sí solo no proporciona suficiente superficie para el crecimiento suficiente de bacterias nitrificantes.

   Estos sistemas son más complejos de diseñar, construir y administrar que los sistemas basados en medios. Si los canales no se dimensionan correctamente, las raíces de las plantas pueden interrumpir el flujo de agua obstruyendo las tuberías. Este diseño asume un grado de riesgo, ya que la falla de la bomba puede provocar una gran pérdida de cultivos si el flujo de agua no se reanuda rápidamente. Sin embargo, NFT puede ser un gran sistema para áreas urbanas o tejados, ya que son livianos, utilizan muy poca agua y se pueden fabricar con materiales de fácil obtención. Las reglas generales para la NFT en acuapónica se enumeran en la Tabla 3.

   

   Tabla 3: Reglas generales para la NFT en acuapónica

   \ *La excepción se encuentra en etapas tempranas de la vida, donde los peces pueden consumir 5 -10% de su peso corporal en alimentos por día.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *

5. 2.5 Sumidero

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   El sumidero es el punto más bajo del sistema y donde el agua se acumula para ser distribuida según sea necesario por todo el sistema. Aquí se pueden tomar muestras de calidad del agua y se pueden hacer modificaciones sin abrumar a los peces o componentes hidropónicos. Aunque no es un requisito, la adición de un sumidero impide que el nivel del agua cambie en el tanque de peces o en el componente hidropónico. En otros casos en que se establezcan salvaguardias, la pecera o el componente hidropónico pueden utilizarse como sumidero.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *