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Diseño de unidades acuapónicas
En este capítulo se discute la teoría y el diseño de los sistemas acuapónicos. Hay muchos aspectos de diseño a tener en cuenta, ya que prácticamente todos los factores ambientales y biológicos tendrán un impacto en el ecosistema acuapónico. El objetivo de este capítulo es presentar estos aspectos de la manera más accesible y proporcionar una explicación exhaustiva de cada componente dentro de una unidad acuapónica.
Food and Agriculture Organization of the United Nations — Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus, and Alessandro Lovatelli.
Esta edición de la biblioteca se ha reformateado y consolidado a partir de la fuente original.
Comparación de técnicas acuapónicas
Original publication · Publicado por primera vez en FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
El cuadro 4.2 infra ofrece una referencia rápida y un resumen comparativo de los diversos sistemas de cultivo acuapónico descritos anteriormente.
TABLA ##### 4.2
Fortalezas y debilidades de las principales técnicas acuapónicas
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *
Técnica de cultivo en aguas profundas
Original publication · Publicado por primera vez en FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
El método DWC consiste en suspender las plantas en láminas de poliestireno, con sus raíces colgando en el agua (Figuras 4.68 y 4.69). Este método es el más común para acuapónicos comerciales grandes que cultivan un cultivo específico (típicamente lechuga, hojas de ensalada o albahaca, Figura 4.70), y es más adecuado para la mecanización. En pequeña escala, esta técnica es más complicada que las camas multimedia, y puede no ser adecuada para algunos lugares, especialmente cuando el acceso a los materiales es limitado.
Dinámica del flujo de agua
La dinámica del flujo de agua en DWC es casi idéntica a la de un NFT. El agua fluye por gravedad desde el tanque de peces, a través del filtro mecánico, y hacia la combinación de biofiltro/sumidero. Desde el sumidero, el agua se bombea en dos direcciones a través de un conector «Y» y válvulas. Un poco de agua se bombea directamente de vuelta a la pecera. El agua restante se bombea al colector, que distribuye el agua de manera equivalente a través de los canales. El agua fluye, de nuevo por gravedad, a través de los canales de cultivo donde se encuentran las plantas y sale en el otro lado. Al salir de los canales, el agua se devuelve al biofilter/sumidero, donde de nuevo se bombea a la pecera o a los canales. El agua que entra en el tanque hace que el tanque de peces se desborde a través de la tubería de salida y vuelva a entrar en el filtro mecánico, completando así el ciclo.
Esta configuración «Figura 8» describe la ruta del agua que se ve en el sistema DWC. Al igual que en el NFT, el agua fluye a través del filtro mecánico y el biofiltro antes de ser bombeada de nuevo a la pecera y a los canales de la planta. Un inconveniente en esta configuración es que la combinación sumidor/biofiltro devuelve parte del agua efluente de los canales de la planta a las plantas. Sin embargo, a diferencia de la NFT, donde los nutrientes de la pequeña película de agua que fluye a nivel de la raíz se agotan rápidamente, el gran volumen de agua contenida en los canales DWC permite que las plantas utilicen cantidades considerables de nutrientes. Dicha disponibilidad de nutrientes también sugeriría diferentes diseños de sistemas. Una distribución en serie de agua a lo largo de los canales de DWC puede construirse simplemente utilizando una configuración de «cascada» con una sola entrada que sirva al tanque más lejano. En este caso, la salida de un tanque sería la entrada del sucesivo, y el aumento del flujo de agua ayudaría a las raíces a acceder a un mayor flujo de nutrientes.
En el sistema DWC que se muestra en la Figura 4.68, el agua se bombea desde el recipiente del biofiltro a canales que tienen láminas de poliestireno flotando en la parte superior que soportan la planta. El caudal del agua que entra en cada canal es relativamente bajo. Generalmente, cada canal tiene 1-4 horas de tiempo de retención. El tiempo de retención es un concepto similar a la tasa de rotación, y se refiere a la cantidad de tiempo que tarda en reemplazar toda el agua en un contenedor. Por ejemplo, si el volumen de agua de un canal es de 600 litros y el caudal de agua que entra en el contenedor es de 300 litros/h, el tiempo de retención sería de 2 horas (600 litros ÷ 300 litros/h).
Filtración mecánica y biológica
La filtración mecánica y biológica en las unidades DWC es la misma que en las unidades NFT que se describe en la sección 4.4.2.
DWC crecen canales, construcción y plantación
Los canales pueden ser de longitudes variables, de uno a decenas de metros (Figura 4.71). En general, su longitud no es un problema, como se ve en la NFT, porque el gran volumen de agua permite un suministro adecuado de nutrientes. La nutrición óptima de las plantas en canales muy largos siempre debe permitir una entrada adecuada de agua y una re-oxigenación para garantizar que los nutrientes no se agoten y que las raíces puedan respirar. En lo que respecta al ancho, generalmente se recomienda ser el ancho estándar de una hoja de poliestireno, pero puede ser múltiplos de esto. Sin embargo, los canales más estrechos y largos permiten una mayor velocidad del agua que puede golpear beneficiosamente las raíces con flujos más grandes de nutrientes. La elección del ancho también debe
considerar la accesibilidad por parte del operador. La profundidad recomendada es de 30 cm para permitir un espacio adecuado en las raíces de la planta. Al igual que los tanques de peces, los canales pueden estar hechos de cualquier material inerte fuerte que pueda contener agua. Para unidades de pequeña escala, los materiales populares incluyen contenedores de plástico IBC fabricados o fibra de vidrio. Se pueden construir canales mucho más grandes utilizando longitudes de madera o bloques de hormigón forrados con láminas impermeables de calidad alimentaria. Si utiliza hormigón, asegúrese de que está sellado con un sellador no tóxico e impermeable para evitar que los minerales tóxicos potenciales se lixivien desde el hormigón hacia el agua del sistema.
Como se mencionó anteriormente, el tiempo de retención para cada canal en una unidad es de 1-4 horas, independientemente del tamaño real del canal. Esto permite una adecuada reposición de nutrientes en cada canal, aunque el volumen de agua y la cantidad de nutrientes en los canales profundos son suficientes para nutrir las plantas durante períodos más largos. El crecimiento de las plantas se beneficiará definitivamente de los caudales más rápidos y del agua turbulenta porque las raíces se verán afectadas por muchos más iones; mientras que los flujos más lentos y el agua casi estancada tendrían un impacto negativo en el crecimiento de las plantas.
La aireación de las unidades DWC es vital. En un canal densamente plantado, la demanda de oxígeno de las plantas puede causar que los niveles de DO se desplomen por debajo del mínimo. Cualquier descomposición de residuos sólidos presentes en el canal agravaría este problema, disminuyendo aún más la DO. Por lo tanto, se requiere aireación. El método más simple es colocar varias piedras de aire pequeñas en los canales (Figura 4.72).
Las piedras de aire deben liberar aproximadamente 4 litros de aire por minuto, y estar dispuestos cada 2-4 m2 del área del canal. Además, se pueden añadir sifones Venturi (ver Sección 4.2.5) a las tuberías de entrada de agua para airear el agua a medida que entra en el canal. Finalmente, se puede utilizar el método Kratky de DWC (Figura 4.73). En este método, se deja un espacio de 3-4 cm entre el poliestireno y el cuerpo de agua dentro del canal. Esto permite que el aire circule alrededor de la sección superior de las raíces de la planta. Este enfoque elimina la necesidad de piedras de aire en el canal ya que se suministran cantidades suficientes de oxígeno en el aire a las raíces. Otra ventaja de este método es evitar el contacto directo de los tallos de la planta con el agua, lo que reduce los riesgos de enfermedades de las plantas en la zona del cuello. Además, el aumento de la ventilación como resultado del aumento del espacio de aire favorece la disipación del calor del agua, lo cual es ideal en climas cálidos
No agregue pescado en los canales que puedan comer las raíces de las plantas, por ejemplo peces herbívoros como tilapia y carpa. Sin embargo, algunas pequeñas especies de peces carnívoros, como guppies, mollies o mosquitos, pueden utilizarse con éxito para manejar larvas de mosquitos, lo que puede convertirse en una gran molestia para los trabajadores y vecinos en algunas zonas.
Las láminas de poliestireno deben tener un cierto número de agujeros perforados para adaptarse a las copas de red (o cubos de esponja) utilizadas para sostener cada planta (Figura 4.74). La cantidad y ubicación de los agujeros está dictada por el tipo de vegetal y la distancia deseada entre las plantas, donde las plantas más pequeñas se pueden espaciar más de cerca. El apéndice 8 incluye detalles específicos y consejos útiles sobre cómo perforar los agujeros.
Las plántulas se pueden iniciar en un vivero de plantas dedicado (ver Sección 8.3) en bloques de suelo o en un medio sin suelo. Una vez que estas plántulas son lo suficientemente grandes como para manejarlas, pueden ser transferidas a tazas de red y plantadas en la unidad DWC (Figura 4.75). El espacio restante en la taza de red debe llenarse con medios hidropónicos, como grava volcánica, lana de roca o LECA, para apoyar la plántula. También es posible simplemente plantar una semilla directamente en las tazas de red en la parte superior de los medios de comunicación. Este método se recomienda a veces si las semillas vegetales son accesibles porque evita el choque del trasplante durante la replantación. Al cosechar, asegúrese de quitar toda la planta, incluidas las raíces y las hojas muertas, del canal. Después de la cosecha, las balsas deben limpiarse pero no dejarse secar para evitar matar las bacterias nitrificantes en la superficie sumergida de la balsa. Las unidades de gran escala deben limpiar las balsas con agua para eliminar la suciedad y los residuos vegetales y reposicionarlas inmediatamente en los canales para evitar cualquier estrés a las bacterias nitrificantes.
Caso especial DWC: baja densidad de peces, sin filtros
Las unidades Aquaponic DWC pueden diseñarse que no requieran filtración adicional externa (Figura 4.76). Estas unidades llevan una densidad de población muy baja (es decir, 1-1,5 kg de peces por m3 de acuario), y luego dependen principalmente del espacio de raíces de la planta y el área interior de los canales como área de superficie para albergar las bacterias nitrificantes. Las pantallas de malla simples capturan los grandes residuos sólidos, y los canales sirven como depósitos de sedimentación para residuos finos. La ventaja de este método es la reducción de la inversión económica inicial y los costos de capital, al tiempo que elimina la necesidad de contenedores y materiales de filtro adicionales, que pueden ser difíciles y costosos de obtener en algunos lugares. Sin embargo, una menor densidad de población producirá una menor producción de pescado. Al mismo tiempo, muchas empresas acuapónicas obtienen la gran mayoría de sus beneficios en el rendimiento de la planta en lugar de la producción de pescado, utilizando esencialmente el pescado como fuente de nutrientes. A menudo, este método requiere suplementación de nutrientes para asegurar el crecimiento de la planta. Si se considera este método, vale la pena evaluar la producción de pescado y planta deseada y considerar los costos y ganancias relativos.
Dinámica del flujo de agua
La principal diferencia entre los dos diseños (peces altos frente a peces bajos) es que el diseño de baja densidad no utiliza ninguno de los contenedores de filtración externos, mecánicos o biológicos. El agua fluye por gravedad desde la pecera directamente a los canales DWC, pasando a través de una pantalla de malla muy simple. A continuación, el agua se devuelve a un sumidero y se bombea de nuevo a los tanques de peces, o directamente a los tanques de peces sin un sumidero. El agua tanto en los tanques de peces como en los canales se airea con una bomba de aire. Los residuos de peces se descomponen nitrificando y mineralizando bacterias que viven en la superficie de la raíz de la planta y en las paredes del canal.
La densidad de la población de peces es un continuo, que se extiende desde densidades muy bajas que no necesitan filtros hasta densidades muy altas que necesitan filtros externos dedicados. Una solución simple para obtener mineralización adicional y biofiltración y para evitar la acumulación de residuos de sólidos en el fondo de los canales consiste en combinar la malla simple con una cesta de grava de guisantes o bolas de arcilla colocadas justo por encima del nivel del agua donde el agua sale del tanque de peces. La canasta actuaría como filtro de goteo con sus medios atrapando y mineralizando los sólidos. El agua que cae de la canasta también añadiría oxígeno a través de su efecto salpicaduras. Además, el uso de grava de guisantes tendría una acción amortiguadora contra la acidificación del agua después de la nitrificación. Otra opción puede incluir un biofiltro interno dentro del tanque de peces, que consiste en una simple bolsa de malla de material de biofiltro cerca de una piedra de aire. Esto puede ayudar a garantizar una biofiltración adecuada sin aumentar el costo de los biofiltros externos. Por último, aumentar el volumen total de agua sin aumentar la densidad de la población de peces, utilizando básicamente grandes tanques para pocos peces, puede ayudar a mitigar los problemas de calidad del agua al diluir los desechos y garantizar el tiempo adecuado para que el agricultor responda a los cambios antes de que los peces se estresen, aunque esto puede diluir los nutrientes disponibles y obstaculizar el crecimiento vegetal.
La menor densidad de peces también significa que el caudal de agua puede ser menor. Se puede usar una bomba más pequeña, lo que reduce el costo, pero asegúrese de que al menos la mitad del volumen total de los acuarios se intercambie por hora. De hecho, algunos investigadores han tenido éxito al retirar la bomba eléctrica todos juntos y confiar en el trabajo manual para el ciclo del agua dos veces al día. Sin embargo, estos sistemas dependen totalmente de una aireación adecuada. Aparte de estas diferencias, las recomendaciones para la construcción de tanques de peces y canales DWC son aplicables a este método de baja densidad de población.
Gestión de unidades de baja densidad
La principal diferencia con respecto a la gestión de las otras unidades, que se analiza con más detalle en el capítulo 8, es la menor densidad de población. La densidad de almacenamiento sugerida para estos tipos de sistemas es de 1-5 kg/m3 (en comparación con 10-20 kg/m3 para otros sistemas en este manual). Anteriormente, se ha sugerido que el equilibrio entre peces y plantas sigue la relación de velocidad de alimentación, lo que ayuda a calcular la cantidad de alimento para peces que entra en el sistema dada una superficie de cultivo establecida para las plantas. Estas unidades de baja densidad de población siguen la relación de velocidad de alimentación diaria sugerida de 40-50 g/m2, pero deben estar hacia el extremo inferior. Una técnica útil es permitir que los peces se alimenten durante 30 minutos, 2-3 veces al día, y luego eliminar todos los alimentos no consumidos. La sobrealimentación producirá una acumulación de residuos en los tanques de peces y canales, lo que provocará zonas anóxicas, malas condiciones de crecimiento, enfermedades y estrés de peces y plantas. Siempre, pero especialmente cuando se utiliza este método sin filtros, asegúrese de controlar de cerca las condiciones de calidad del agua y reducir la alimentación si se detectan niveles altos de amoníaco o nitrito.
Ventajas y desventajas de la baja densidad
La principal ventaja es una unidad más simple. Este sistema es más fácil de construir y más barato de comenzar, teniendo costos de capital más bajos. Los peces están menos estresados porque se cultivan en condiciones más espaciosas. En general, esta técnica puede ser muy útil para proyectos iniciales con bajo capital. Estos sistemas pueden ser muy útiles para cultivar peces de alto valor, como peces ornamentales, o cultivos especiales, como hierbas medicinales, donde la menor producción se compensa con mayor valor.
Sin embargo, una grave desventaja es que estas unidades son difíciles de ampliar. Se cultivan menos plantas y peces en un área determinada, por lo que son menos intensos que algunos de los sistemas anteriormente esbozados. Con el fin de producir una gran cantidad de alimentos, estos sistemas se volverían prohibitivamente grandes. Esencialmente, los biofiltros mecánicos externos son los que permiten que la acuapónica sea muy intensiva dentro de un área pequeña.
Además, la producción de peces no puede funcionar independientemente del componente hidropónico; las plantas deben estar en los canales en todo momento. Las raíces de las plantas proporcionan el área para el crecimiento de las bacterias, y sin estas raíces la biofiltración no sería suficiente para mantener el agua limpia para los peces. Si alguna vez fuera necesario cosechar todas las plantas a la vez, lo que puede ocurrir durante brotes de enfermedades, cambios de estación o eventos climáticos importantes, la reducción de la biofiltración causaría un alto estrés de amoníaco y peces. Por otro lado, con mecánicos externos y biofiltros, la producción de peces puede continuar sin la hidroponía como norma RAS.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *
Componentes esenciales de una unidad acuapónica
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Todos los sistemas acuapónicos comparten varios componentes comunes y esenciales. Estos incluyen: un tanque de peces, un filtro mecánico, un biofiltro y contenedores hidropónicos. Todos los sistemas utilizan energía para hacer circular el agua a través de tuberías y tuberías mientras airea el agua. Como se introdujo anteriormente, hay tres diseños principales de las áreas de cultivo de plantas incluyendo: crecen camas, crecen tuberías y crecen canales. En esta sección se analizan los componentes obligatorios, incluidos los tanques de peces, el filtro mecánico, el biofiltro, la plomería y las bombas. Las siguientes secciones están dedicadas a las técnicas hidropónicas separadas, y se realiza una comparación para determinar la combinación más adecuada de técnicas para diferentes circunstancias.
Acuario de peces
Los tanques de peces son un componente crucial en cada unidad. Como tal, los acuarios pueden representar hasta el 20 por ciento del costo total de una unidad acuapónica. Los peces requieren ciertas condiciones para sobrevivir y prosperar, y por lo tanto la pecera debe elegirse sabiamente. Hay varios aspectos importantes a considerar, incluyendo la forma, el material y el color.
Forma del tanque
Aunque cualquier forma de pecera funcionará, se recomiendan tanques redondos con fondos planos. La forma redonda permite que el agua circule uniformemente y transporta residuos sólidos hacia el centro del tanque por fuerza centrípeta. Los tanques cuadrados con fondos planos son perfectamente aceptables, pero requieren una eliminación más activa de residuos sólidos. La forma del tanque afecta en gran medida la circulación del agua, y es bastante arriesgado tener un tanque con mala circulación. Los tanques de forma artística con formas no geométricas con muchas curvas y curvas pueden crear puntos muertos en el agua sin circulación. Estas áreas pueden recolectar desechos y crear condiciones anóxicas y peligrosas para los peces. Si se va a utilizar un tanque de forma impar, puede ser necesario añadir bombas de agua o bombas de aire para garantizar una circulación adecuada y eliminar los sólidos. Es importante elegir un tanque que se ajuste a las características de las especies acuáticas criadas porque muchas especies de peces que habitan en el fondo muestran un mejor crecimiento y menos estrés con un espacio horizontal adecuado.
Material de ####
Ya sea plástico inerte fuerte o fibra de vidrio se recomienda debido a su durabilidad y larga vida útil. El metal no es posible debido al óxido. El plástico y la fibra de vidrio son convenientes de instalar (también para fontanería) y son bastante ligeros y maniobrables. Los canales de riego de animales son comúnmente utilizados, ya que tienden a ser baratos. Si utiliza envases de plástico, asegúrese de que son resistentes a los rayos UV, ya que la luz solar directa puede destruir el plástico. En general, los tanques de polietileno de baja densidad (LDPE) son preferibles debido a su alta resistencia y características de calidad alimentaria. De hecho, el LDPE es el material más utilizado para tanques de almacenamiento de agua para usos civiles. Otra opción es un estanque en el suelo. Los estanques naturales son muy difíciles de manejar para la acuapónica porque los procesos biológicos naturales, que ya se producen dentro del sustrato y el barro en el fondo, pueden ser difíciles de manipular y los nutrientes ya son utilizados por las plantas acuáticas. Los estanques revestidos de cemento o plástico son mucho más aceptables y pueden ser una opción económica. Los estanques en tierra pueden dificultar las operaciones de plomería, y el diseño de plomería debe considerarse cuidadosamente antes de embarcarse en esta opción. Uno de los tanques de peces más simples es un agujero excavado en el suelo, forrado con ladrillos o bloques de cemento, y luego forrado con un forro impermeable como el plástico de polietileno. Otras opciones incluyen contenedores de segunda mano, como bañeras, barriles o contenedores intermedios a granel (RIG). Es muy importante asegurarse de que el contenedor no se ha utilizado previamente para almacenar material tóxico. Los contaminantes, como los productos químicos transmitidos por disolventes, habrán penetrado en el propio plástico poroso y son imposibles de eliminar con el lavado. Por lo tanto, elija cuidadosamente los contenedores usados y conozca al vendedor si es posible.
Color
Se recomienda encarecidamente el color blanco u otros colores claros, ya que permiten una visualización más fácil de los peces para comprobar el comportamiento y la cantidad de residuos depositados en el fondo del tanque (Figuras 4.22-4.24). Los tanques blancos también reflejarán la luz solar y mantendrán el agua fría. Alternativamente, el exterior de los tanques de colores más oscuros se puede pintar de blanco. En zonas muy cálidas o frías, puede ser necesario aislar aún más los tanques térmicamente.
Cubiertas y sombreado
Todos los tanques de peces deben estar cubiertos. Las cubiertas de sombra evitan el crecimiento de algas. Además, las cubiertas evitan que los peces salten (a menudo ocurre con peces recién añadidos o si la calidad del agua es inferior a la óptima), evitan que entren hojas y escombros, y evitan que los depredadores como gatos y aves atacen a los peces. A menudo, se utilizan redes de sombreado agrícolas que bloquean entre el 80 y el 90 por ciento de la luz solar. El paño se puede fijar a un marco de madera simple para proporcionar peso y hacer que la funda sea fácil de quitar.
A prueba de fallos y redundancia
No deje que la pecera pierda su agua; los peces morirán si el tanque se drena accidentalmente. Aunque algunos accidentes son inevitables (por ejemplo, un árbol que cae sobre el tanque), la mayoría de las muertes catastróficas de peces son el resultado de errores humanos. Asegúrese de que no hay forma de que el tanque se drene sin una elección deliberada por parte del operador. Si la bomba de agua está ubicada en el tanque de peces, asegúrese de levantar la bomba del fondo para que el tanque nunca se pueda bombear seco. Utilice un tubo de apoyo dentro del tanque para garantizar un nivel mínimo de agua. Esto se analiza más a fondo en la sección 4.2.6.
Filtración - mecánica y biológica
Filtración mecánica
Para RASs, la filtración mecánica es posiblemente el aspecto más importante del diseño. La filtración mecánica es la separación y eliminación de residuos sólidos y suspendidos de los tanques de peces. Es esencial eliminar estos residuos para la salud del sistema, ya que los gases nocivos son liberados por bacterias anaeróbicas si los residuos sólidos se dejan descomponer dentro de los acuarios. Además, los desechos pueden obstruir los sistemas e interrumpir el flujo de agua, causando condiciones anóxicas en las raíces de las plantas. La acuapónica a pequeña escala suele tener densidades de almacenamiento más bajas que los métodos intensivos de RAS para los que se diseñaron originalmente estos filtros mecánicos, pero cierto nivel de filtración mecánica es esencial para tanques acuapónicos sanos, independientemente del tipo de método hidropónico utilizado.
Hay varios tipos de filtros mecánicos. El método más simple es una pantalla o filtro ubicado entre el tanque de peces y el lecho de cultivo. Esta pantalla capta residuos sólidos y necesita enjuagarse con frecuencia. Del mismo modo, el agua que sale de la pecera puede pasar a través de un pequeño recipiente de material particulado, separado del lecho de medios; este recipiente es más fácil de enjuagar periódicamente. Estos métodos son válidos para algunas unidades acuapónicas de pequeña escala, pero son insuficientes en sistemas más grandes con más peces donde la cantidad de residuos sólidos es relevante. Hay muchos tipos de filtros mecánicos, incluyendo tanques de sedimentación, clarificadores de flujo radial, filtros de arena o de cuentas y filtros deflectores; cada uno de ellos puede ser utilizado de acuerdo con la cantidad de residuos sólidos que necesitan ser eliminados. Sin embargo, como esta publicación se centra en la acuapónica a pequeña escala, los clarificadores, o separadores mecánicos, son los filtros más apropiados. Los clarificadores, en general, pueden eliminar hasta el 60 por ciento del total de sólidos extraíbles. Para más información sobre los diferentes métodos de filtración mecánica, consulte la sección de lectura al final de esta publicación.
Separadores mecánicos (clarificadores)
Un clarificador es un recipiente dedicado que utiliza las propiedades del agua para separar las partículas. Por lo general, el agua que se mueve más lentamente no puede transportar tantas partículas como el agua que fluye más rápido. Por lo tanto, el clarificador se construye de tal manera que acelere y ralentice el agua para que las partículas se concentren en el fondo y puedan eliminarse. En un clarificador de remolinos, el agua del tanque de peces ingresa cerca de la mitad inferior del clarificador a través de una tubería. Esta tubería se coloca tangencialmente en el recipiente, obligando así al agua a remolinar en un movimiento circular dentro del contenedor. La fuerza centrípeta creada por el movimiento circular del agua obliga a los residuos sólidos en el agua al centro y al fondo del contenedor, porque el agua en el centro del vórtice es más lenta que la del exterior. Una vez que estos residuos se recogen en el fondo, se puede abrir periódicamente una tubería unida al fondo del contenedor, lo que permite que los residuos sólidos se descarguen del contenedor.
El agua clarificada sale del clarificador en la parte superior, a través de un tubo de salida ranurado grande cubierto con un filtro de malla secundario, y fluye hacia el biofiltro o hacia las camas de medios. Las figuras 4.25-4.27 muestran ejemplos de separadores mecánicos simples para unidades pequeñas y grandes. Los residuos sólidos atrapados y eliminados contienen nutrientes y son muy útiles para los sistemas o para las plantas de jardín en general; la mineralización de los residuos sólidos se discute en la siguiente sección. Una directriz general para las unidades de pequeña escala es dimensionar el contenedor separador mecánico para que sea aproximadamente una sexta parte del volumen de la pecera, pero esto depende de la densidad de la población y del diseño exacto. El apéndice 8 contiene instrucciones detalladas y paso a paso sobre la construcción de cada parte de estos sistemas.
La filtración mecánica preliminar adecuada es especialmente importante para las unidades NFT y DWC utilizadas para atrapar y eliminar residuos sólidos. Sin este proceso preliminar, los residuos sólidos y suspendidos se acumularán en las tuberías y canales de cultivo y obstruirán las superficies radiculares. La acumulación de residuos sólidos causa bloqueos en bombas y componentes de plomería. Por último, los desechos no filtrados también crearán puntos anaeróbicos peligrosos en el sistema. Estas manchas anaeróbicas pueden albergar bacterias que producen sulfuro de hidrógeno, un gas muy tóxico y letal para los peces, producido a partir de la fermentación de desechos sólidos, que a menudo pueden detectarse como un olor a huevo podrido.
Biofiltración
La biofiltración es la conversión de amoníaco y nitrito en nitrato por bacterias vivas. La mayoría de los residuos de peces no se pueden filtrar utilizando un filtro mecánico porque los residuos se disuelven directamente en el agua, y el tamaño de estas partículas es demasiado pequeño para ser eliminado mecánicamente. Por lo tanto, para procesar este residuo microscópico, un sistema acuapónico utiliza bacterias microscópicas. La biofiltración es esencial en acuapónica porque el amoníaco y el nitrito son tóxicos incluso a bajas concentraciones, mientras que las plantas necesitan los nitratos para crecer. En una unidad acuapónica, el biofiltro es un componente instalado deliberadamente para albergar a la mayoría de las bacterias vivas. Además, el movimiento dinámico del agua dentro de un biofiltro descompondrá sólidos muy finos no capturados por el clarificador, lo que evita aún más la acumulación de residuos en las raíces de las plantas en NFT y DWC. Sin embargo, algunas grandes instalaciones acuapónicas que siguen el diseño del sistema desarrollado en la Universidad de las Islas Vírgenes no utilizan un biofiltro separado, ya que dependen principalmente de las superficies húmedas de las unidades, de las raíces de las plantas y de la absorción directa de las plantas para procesar el amoníaco. La biofiltración separada es innecesaria en la técnica de la cama media porque las camas de cultivo en sí mismas son biofiltros perfectos.
El biofiltro está diseñado para tener una gran superficie suministrada con agua oxigenada. El biofiltro se instala entre el filtro mecánico y los contenedores hidropónicos. El volumen mínimo de este contenedor de biofiltro debe ser una sexta parte del de la pecera. La figura 4.28 muestra un ejemplo de biofiltro para unidades de pequeña escala.
Un medio de biofiltro comúnmente utilizado es Bioballs®, un producto patentado disponible en las tiendas de suministro de acuicultura, aunque existen marcas genéricas similares (Figura 4.29). Estos están diseñados para ser un material de biofiltro ideal, ya que son pequeños artículos de plástico especialmente formados que tienen una superficie muy grande para su volumen (500-700 m2/m3). Otros medios pueden ser utilizados, incluyendo grava volcánica, tapas de botellas de plástico, pufs de ducha de nylon, redes, virutas de cloruro de polivinilo (PVC) y almohadillas de nylon. Cualquier biofiltro debe tener una alta proporción de superficie a volumen, ser inerte y ser fácil de enjuagar. Bioballs® tienen casi el doble de la relación superficie y volumen de la grava volcánica, y ambos tienen una relación más alta que las tapas de botellas de plástico. Cuando se utiliza material de biofiltro subóptimo, es importante llenar el biofiltro tanto como sea posible, pero aún así la superficie proporcionada por los medios puede no ser suficiente para garantizar una biofiltración adecuada. Siempre es mejor sobredimensionar el biofiltro durante la construcción inicial, pero los biofiltros secundarios se pueden agregar más tarde si es necesario. Los biofiltros ocasionalmente necesitan agitación o agitación para evitar la obstrucción, y ocasionalmente necesitan enjuagarse si los residuos sólidos los han obstruido, creando zonas anóxicas. Véase el capítulo 8 y el apéndice 4 para obtener más información sobre los requisitos de tamaño de la biofiltración para las unidades de pequeña escala.
Otro componente requerido para el biofiltro es la aireación. Las bacterias nitrificantes necesitan un acceso adecuado al oxígeno para oxidar el amoníaco. Una solución fácil es usar una bomba de aire, colocando las piedras de aire en la parte inferior del contenedor. Esto asegura que las bacterias tengan concentraciones de DO constantemente altas y estables. Las bombas de aire también ayudan a descomponer cualquier residuo sólido o suspendido no capturado por el separador mecánico agitando y moviendo constantemente las Bioballs® flotantes. Para atrapar más sólidos dentro del biofiltro, también es posible insertar un pequeño cubo de plástico cilíndrico lleno de malla de nylon (como Perlon®), esponjas o una bolsa de red llena de grava volcánica en la entrada del biofiltro (Figura 4.30). Los residuos quedan atrapados por este filtro mecánico secundario, permitiendo que el agua restante fluya hacia abajo a través de pequeños orificios perforados en la parte inferior del cubo en el contenedor de biofiltro. Los residuos atrapados también están sujetos a mineralización y degradación bacteriana.
Mineralización
La mineralización, en términos de acuapónica, se refiere a la forma en que los desechos sólidos son procesados y metabolizados por bacterias en nutrientes para plantas. Los desechos sólidos atrapados por el filtro mecánico contienen nutrientes; aunque el procesamiento de estos desechos es diferente de la biofiltración y requiere consideración separada. Retener los sólidos dentro del sistema general agregará más nutrientes a las plantas. Cualquier residuo que permanezca en los filtros mecánicos, dentro de los biofiltros o en los lechos de cultivo se somete a cierta mineralización. Dejar los residuos en su lugar durante más tiempo permite una mayor mineralización; más tiempo de residencia de los residuos en los filtros dará lugar a una mayor mineralización y más nutrientes retenidos en el sistema. Sin embargo, este mismo residuo sólido, si no se gestiona y mineraliza adecuadamente, bloqueará el flujo de agua, consumirá oxígeno y dará lugar a condiciones anóxicas, que a su vez conducen a una producción peligrosa de gas sulfuro de hidrógeno y a una desnitrificación. Por lo tanto, algunos sistemas grandes dejan deliberadamente los residuos sólidos dentro de los filtros, asegurando un flujo de agua adecuado y oxigenación, de modo que se libera un máximo de nutrientes. Sin embargo, este método no es práctico para sistemas NFT y DWC a pequeña escala.
Si se decide mineralizar deliberadamente estos sólidos, hay maneras simples de facilitar la descomposición bacteriana en un recipiente separado, simplemente almacenando estos desechos en este recipiente separado con la oxigenación adecuada utilizando piedras de aire. Después de un tiempo indefinido, los residuos sólidos habrán sido consumidos, metabolizados y transformados por bacterias heterotróficas. En este punto, el agua se puede decantar y volver a agregar al sistema aquapónico, y los residuos restantes, que han disminuido en volumen, se pueden agregar al suelo.
Alternativamente, estos desechos sólidos pueden separarse, eliminarse y añadirse a cualquier agricultura en tierra, jardín o cubo de compost como fertilizante valioso. Sin embargo, la pérdida de estos nutrientes puede causar deficiencias en las plantas que pueden requerir la suplementación de nutrientes (véase el capítulo 6).
Uso de una cama de medios para una combinación de filtración mecánica y biológica
También es posible utilizar una cama llena de medios para la mecánica y la biofiltración en unidades NFT y DWC (Figuras 4.31 y 4.32). Esto puede ser importante cuando no es posible obtener los materiales necesarios para un separador de remolinos y/o biofiltro separado. Aunque se discute más a fondo en el capítulo 8, aquí basta con decir que por cada 200 g de piensos para peces al día el biofiltro debe tener 300 litros de volumen. Esta pequeña grava proporcionaría una biofiltración adecuada para unos 20 kg de peces. Aunque este lecho mediático proporcionaría una biofiltración adecuada para una unidad NFT o DWC, así como la captura y retención de desechos sólidos, a veces se recomienda un dispositivo adicional de captura de sólidos colocado en la cama para evitar que el lecho mediático se obstruya con sólidos de pescado. La cama necesitará enjuagarse periódicamente para eliminar los desechos sólidos.
En resumen, un cierto nivel de filtración es esencial para toda la acuapónica, aunque la densidad de la población de peces y el diseño del sistema determinan la cantidad de filtración necesaria. Los filtros mecánicos separan los desechos sólidos para evitar la acumulación tóxica, y la biofiltración convierte los desechos nitrogenados disueltos en nitrato (Figuras 4.33 y 4.34). Las camas de medios actúan como filtros mecánicos y biofiltros cuando se utiliza esta técnica, pero a veces es necesaria una filtración mecánica adicional para mayores densidades de peces (15 kg/m3). Sin las camas de medios, como en las unidades NFT y DWC, es necesaria una filtración independiente. La mineralización de los desechos sólidos devuelve más nutrientes al sistema. La mineralización se produce en camas de medios, pero dentro de los sistemas NFT y DWC se necesitan aparatos separados.
Componentes hidropónicos - camas de medios, NFT, DWC
El componente hidropónico es el término para describir las secciones de cultivo de plantas en la unidad. Hay varios diseños, tres de los cuales se discuten en detalle en esta publicación, pero cada uno requiere una sección separada. Estos tres diseños son: unidades de lecho de medios, a veces llamadas lechos de partículas, donde las plantas crecen dentro de un sustrato (Figuras 4.35 y 4.36); unidades de técnica de película nutritiva (NFT), donde las plantas crecen con sus raíces en tubos anchos suministrados con un chorrito de agua de cultivo (Fig. 4.37 y 4.38); y cultivo de aguas profundas ( DWC), también llamadas acuapónicas de balsa o sistemas de lecho flotante, donde las plantas se suspenden por encima de un tanque de agua utilizando una balsa flotante (Figura 4.39 y 4.40). Cada método tiene ventajas y desventajas, todas con diferentes estilos de componentes para adaptarse a las necesidades de cada método. Véanse las secciones 4.3-4.6 para más detalles de cada una de ellas.
Movimiento del agua
El movimiento del agua es fundamental para mantener vivos a todos los organismos en acuapónica. El agua que fluye se mueve desde los tanques de peces, a través del separador mecánico y el biofiltro y finalmente a las plantas en sus camas de medios, tuberías o canales, eliminando los nutrientes disueltos. Si se detiene el movimiento del agua, el efecto más inmediato será una reducción de la DO y la acumulación de residuos en el tanque de peces; sin el filtro mecánico y el biofiltro los peces pueden sufrir y morir en pocas horas. Sin flujo de agua, el agua en camas de medios o unidades DWC se estancará y se volverá anóxico, y los sistemas NFT se secarán.
Una pauta comúnmente citada para sistemas acuapónicos densamente abastecidos es el ciclo del agua dos veces por hora. Por ejemplo, si una unidad acuapónica tiene un volumen total de agua de 1 000 litros, el caudal de agua debe ser de 2 000 litros/h, de modo que cada hora el agua se cile dos veces. Sin embargo, a bajas densidades de población, esta tasa de rotación es innecesaria, y el agua solo necesita ser recortada una vez por hora. Existen tres métodos comúnmente utilizados para mover agua a través de un sistema: bombas impulsoras sumergibles, transporte aéreo y potencia humana.
Bomba de agua del impulsor sumergible
Muy comúnmente, una bomba de agua sumergible tipo impulsor se usa como el corazón de una unidad acuapónica, y se recomienda este tipo de bomba (Figura 4.41).
Se podrían usar bombas externas, pero requieren más fontanería y son más apropiadas para diseños más grandes. Es preferible utilizar bombas de agua de alta calidad para garantizar una larga vida útil y eficiencia energética. Las bombas de alta calidad mantendrán su capacidad de bombeo y eficiencia durante al menos 1-2 años, con una vida útil total de 3 a 5 años, mientras que los productos inferiores perderán su potencia de bombeo en un tiempo más corto, lo que reducirá significativamente los flujos de agua. En cuanto al caudal, las unidades de pequeña escala descritas en esta publicación necesitan un caudal de 2 000 litros/h a una altura de cabeza de 1,5 metros; una bomba sumergible de esta capacidad consumiría 25-50 W/h. Una aproximación útil para calcular la eficiencia energética de las bombas sumergibles es que una bomba puede mover 40 litros de agua por hora por cada vatio por hora consumida, aunque algunos modelos reclaman el doble de esta eficiencia.
Al diseñar la plomería para la bomba, es importante darse cuenta de que la potencia de bombeo se reduce en cada instalación de tubería; hasta un 5 por ciento del caudal total se puede perder en cada conexión de tubería cuando el agua es forzada. Por lo tanto, use el número mínimo de conexiones entre la bomba y los tanques de peces. También es importante tener en cuenta que cuanto menor sea el diámetro de las tuberías, mayor será la pérdida del flujo de agua. Un tubo de 30 mm tiene el doble de caudal que un tubo de 20 mm incluso si se sirve desde bombas con la misma capacidad. Además, una tubería más grande no requiere ningún mantenimiento para eliminar la acumulación de sólidos que se acumulan en el interior. En términos prácticos, esto se traduce en ahorros significativos en electricidad y costes operativos. Cuando instale una unidad acuapónica, asegúrese de colocar la bomba sumergible en un lugar accesible, ya que es necesaria una limpieza periódica. De hecho, el filtro interno necesitará limpieza cada 2-3 semanas. Las bombas de agua sumergible se romperán si se ejecutan sin agua; nunca se seca una bomba.
Transporte aéreo
El transporte aéreo es otra técnica de elevación de agua (Figura 4.42). Utilizan una bomba de aire en lugar de una bomba de agua. El aire se ve obligado al fondo de una tubería dentro del tanque de peces, se forman burbujas y estallan, y durante su ascenso a la superficie las burbujas transportan agua con ellas. Una ventaja es que el transporte aéreo puede ser más eficiente desde el punto de vista eléctrico, pero solo a pequeñas alturas de cabeza (30-40 cm). Los elevadores de aire ganan potencia en tanques más profundos, y son mejores a una profundidad superior a un metro. Un valor añadido es que los transportadores aéreos no obstruyen la forma en que lo hacen las bombas sumergibles de tipo impulsor. Además, el agua también se oxigena a través del movimiento vertical operado por las burbujas de aire. Sin embargo, el volumen de aire bombeado debe ser adecuado para mover el agua a lo largo de la tubería. Las bombas de aire generalmente tienen una vida útil más larga que las bombas de agua sumergibles. El principal beneficio proviene de una economía de escala: se puede comprar una sola bomba de aire para la aireación y la circulación de agua, lo que reduce la inversión de capital en una segunda bomba.
Poder humano
Algunos sistemas acuapónicos han sido diseñados para utilizar el poder humano para mover el agua (Figura 4.43).
El agua se puede levantar en cubos o mediante poleas, bicicletas modificadas u otros medios. Un tanque de cabecera se puede llenar manualmente y dejar que se drene lentamente a lo largo del día. Estos métodos sólo son aplicables a sistemas pequeños y sólo deben tenerse en cuenta cuando la electricidad no esté disponible o no sea fiable. A menudo, estos sistemas tendrán un bajo DO y una mezcla insuficiente de nutrientes, aunque pueden utilizarse con éxito junto con algunas técnicas modificadas que se discuten en el Capítulo 9.
Aireación
Las bombas de aire inyectan aire en el agua a través de tuberías de aire y piedras de aire que se encuentran dentro de los tanques de agua, aumentando así los niveles de DO en el agua (Figura 4.44).
La DO adicional es un componente vital de las unidades NFT y DWC. Las piedras de aire se encuentran al final de la línea de aire y sirven para difundir el aire en burbujas más pequeñas (Figura 4.45). Las burbujas pequeñas tienen más superficie y, por lo tanto, liberan oxígeno en el agua mejor que las burbujas grandes; esto hace que el sistema de aireación sea más eficiente y contribuye a ahorrar costes. Se recomienda utilizar piedras de aire de calidad para obtener las burbujas de aire más pequeñas. Se producirá biofouling, y las piedras de aire deben limpiarse regularmente primero con una solución de cloro para eliminar los depósitos bacterianos y luego, si es necesario, con un ácido muy suave para eliminar la mineralización, o reemplazarse, cuando el flujo de burbujas es inconsistente. Las bombas de aire de calidad son un componente insustituible de los sistemas acuapónicos, y muchos sistemas se han salvado del colapso catastrófico debido a la abundancia de DO. Si es posible, es preferible usar una bomba de aire AC/DC combinada en caso de escasez de electricidad, porque cuando se desconecta de la alimentación de CA durante una interrupción, las baterías de CC cargadas pueden continuar funcionando.
Sistemas de aireación de tamaño
Para las unidades de pequeña escala, con cerca de 1 000 litros de acuarios, se recomienda colocar al menos dos líneas de aire, también llamadas inyectores, con piedras de aire en la pecera, y un inyector en el recipiente de biofiltro. Para comprender el volumen de aire que ingresa al sistema, vale la pena medir el caudal. Para ello, simplemente invierta un dispositivo de medición volumétrico (una botella de 2 litros, una taza medidora, un vaso graduado) en la pecera. Con la ayuda de un asistente, comience un cronómetro al mismo tiempo que se inserta la piedra de aire burbujeante en el dispositivo de medición. Detenga el cronómetro cuando el contenedor esté lleno de aire. A continuación, determine el caudal en litros por minuto utilizando una relación. El objetivo para los sistemas descritos aquí es 4-8 litros/min para todas las piedras de aire combinadas. Siempre es mejor tener DO extra en lugar de no suficiente.
Intente colocar piedras de aire para que no vuelvan a suspender los sólidos sedimentadores, evitando así su eliminación a través del desagüe central.
Sifones Venturi
De baja tecnología y fácil de construir, los sifones Venturi son otra técnica para aumentar los niveles de DO en acuapónica. Esta técnica es especialmente valiosa en los canales DWC. En pocas palabras, los sifones Venturi utilizan un principio hidrodinámico que tira del aire desde el exterior (aspiración) cuando el agua presurizada fluye con una velocidad más rápida a través de una sección de tubería de un diámetro menor. Con el flujo de agua constante, si el diámetro de la tubería disminuye la velocidad del agua debe aumentar, y esta velocidad más rápida crea una presión negativa. Los sifones Venturi son secciones cortas de tubería (20 mm de diámetro, 5 cm de longitud) insertadas dentro de la tubería de agua principal de un diámetro mayor (25 mm). A medida que el agua en la tubería principal se ve forzada a través de la sección más estrecha, crea un efecto de chorro (Figura 4.46). Este efecto de chorro absorbe el aire circundante a la corriente de agua a través de un pequeño orificio cortado en el tubo de constricción exterior. Si el sifón Venturi está bajo el agua, el pequeño orificio se puede conectar a una longitud de tubo que está expuesto a la atmósfera. Los sifones Venturi se pueden integrar en cada tubería de entrada en canales DWC, lo que aumentará el contenido de DO del canal. También pueden servir como redundancia para la aireación de los tanques de peces si falla la bomba de aire. Consulte la sección Lectura adicional para obtener más fuentes de información.
Depósito de sumidero
El tanque de sumidero es un tanque de recolección de agua en el punto más bajo del sistema; el agua siempre corre cuesta abajo hasta el sumidero (Figura 4.47).
Esta es a menudo la ubicación de la bomba sumergible. Los tanques de sumidero deben ser más pequeños que los tanques de peces y deben ser capaces de contener entre un cuarto y un tercio del volumen de la pecera. En el caso de las camas de medios de reflujo y flujo, el sumidero debe ser lo suficientemente grande como para contener al menos todo el volumen de agua en los lechos de cultivo (ver sección 4.3). Los tanques de sumidero externos se utilizan principalmente en unidades de lecho de medios; sin embargo, para las unidades DWC, el canal hidropónico real se puede utilizar también como tanque de sumidero o casa de bombeo. Aunque útil, no es un componente esencial del sistema, y muchos diseños no emplean un tanque de sumidero externo. Las unidades muy pequeñas, con tanques de hasta 200 litros, pueden simplemente bombear agua desde el tanque de peces hasta las camas de cultivo, desde donde el agua fluye de nuevo hacia abajo en el tanque de peces. Sin embargo, para unidades más grandes es muy útil tener un sumidero.
Un método común de acuapónica, y el que se recomienda aquí, es colocar la bomba en el tanque del sumidero. Un acrónimo comúnmente utilizado describe los puntos clave de este diseño, que es: altura constante en el tanque de peces - bomba en el tanque de sumidero (CHIFT- PIST). El uso de este método significa que las pérdidas de agua, incluidos los componentes de evaporación y fugas, solo se manifiestan dentro del tanque de sumidero y no afectan el volumen de la pecera. A continuación, es sencillo medir las pérdidas normales de evaporación y calcular con qué frecuencia el agua necesita reposición, y puede determinarse inmediatamente si hay una fuga. Tal vez lo más importante, cualquier fuga en el sistema hidropónico no dañará a los peces. En la sección 9.2 se analiza la seguridad de los niveles del agua de diferentes maneras.
Materiales de fontanería
Cada sistema requiere una selección de tubos de PVC, conexiones y accesorios de PVC, mangueras y tubos (Figura 4.48). Estos proporcionan los canales para que el agua fluya hacia cada componente. También se necesitan válvulas de mamparo, Uniseals® (en adelante Uniseal), sellador de silicona y cinta de teflón. Los componentes de PVC se conectan de forma permanente mediante cemento de PVC, aunque el sellador de silicona se puede utilizar temporalmente si la plomería no es permanente y las juntas no están bajo alta presión de agua. Además, se necesitan herramientas generales como martillos, taladros, sierras de mano, sierras eléctricas, cintas de medición, alicates, alicates de bloqueo de canal, destornilladores, niveles, etc. Una herramienta especial es una sierra de agujero y/ o una broca de pala, que se utiliza en un taladro eléctrico para hacer agujeros de hasta 8 cm, necesarios para insertar el tuberías en los tanques de peces y filtros, así como para hacer agujeros en el PVC o poliestireno crecen camas en sistemas NFT y DWC. El apéndice 8 contiene una lista detallada de los materiales necesarios para cada unidad descrita en esta publicación.
Asegúrese de que las tuberías y tuberías utilizadas en el sistema nunca se hayan utilizado previamente para contener sustancias tóxicas. También es importante que la plomería utilizada sea de calidad alimentaria para evitar posibles filtraciones de productos químicos en el agua del sistema. También es importante usar tuberías que sean negras y/o no transparentes a la luz, lo que evitará que las algas crezcan.
Kits de prueba de agua
Las pruebas simples de agua son un requisito para cada unidad acuapónica. Los kits de prueba de agua dulce codificados por colores están disponibles, bastante económicos y fáciles de usar, y por lo tanto se recomiendan. Estos se pueden comprar en tiendas de acuarios o en línea. Estos kits incluyen pruebas de pH, amoníaco, nitrito, nitrato, GH y KH (Figura 4.49).
Asegúrese de que los fabricantes son fiables y de que la fecha de caducidad sigue siendo válida. Otros métodos incluyen medidores digitales o tiras de prueba. Si utiliza medidores digitales para pH o nitrato, asegúrese de calibrar las unidades según las instrucciones del fabricante. Un termómetro es necesario para medir la temperatura del agua. Además, si existe riesgo de agua salada en el agua fuente, vale la pena un hidrómetro barato o un refractómetro más preciso pero más caro. En la sección 3.3.6 se incluyen más detalles sobre el uso de kits de ensayo colorimétricos.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *
Técnica de película nutritiva (nft)
Original publication · Publicado por primera vez en FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
El NFT es un método hidropónico que utiliza tubos horizontales cada uno con una corriente poco profunda de agua acuapónica rica en nutrientes que fluye a través de él (Figura 4.60). Las plantas se colocan dentro de agujeros en la parte superior de las tuberías, y son capaces de usar esta delgada película de agua rica en nutrientes.
Tanto la NFT como la DWC son métodos populares para las operaciones comerciales, ya que ambos son económicamente más viables que las unidades de cama de medios cuando se amplían (Figura 4.61).
Esta técnica tiene una evaporación muy baja porque el agua está completamente protegida del sol. Esta técnica es mucho más complicada y costosa que los medios de comunicación, y puede no ser apropiada en lugares con acceso inadecuado a los proveedores. Esta técnica es más útil en aplicaciones urbanas, especialmente cuando se utiliza espacio vertical o las limitaciones de peso son consideraciones.
Aunque todos los métodos tienen un enfoque diferente para cultivar plantas en realidad, la diferencia más importante entre ellos es el método de filtración que tanto las unidades NFT como DWC utilizan en comparación con el método de cama media. El siguiente texto describe detalladamente este método de filtración para unidades NFT y DWC. Posteriormente, los métodos NFT y DWC se discuten individualmente. El diseño general de esta sección comienza con la dinámica del flujo de agua, o cómo el agua se mueve a través del sistema. Luego se discuten los métodos de filtración, seguidos de directrices específicas de plantación para sistemas NFT.
Dinámica del flujo de agua
El agua fluye por gravedad desde la pecera, a través del filtro mecánico y hacia la combinación biofilter/sumidero. Desde el sumidero, el agua se bombea en dos direcciones a través de un conector «Y» y válvulas. Un poco de agua se bombea directamente de vuelta a la pecera. El agua restante se bombea a un colector que distribuye el agua por igual a través de las tuberías NFT. El agua fluye, de nuevo por gravedad, a través de las tuberías de cultivo donde se encuentran las plantas. Al salir de las tuberías de cultivo, el agua se devuelve al biofilter/sumidero, donde de nuevo se bombea a la pecera o a las tuberías de cultivo. El agua que entra en el tanque hace que el tanque de peces se desborde a través de la tubería de salida y vuelva a entrar en el filtro mecánico, completando así el ciclo.
Este diseño, como se describe en esta publicación, se denomina diseño «Figura 8» debido a la trayectoria del agua. Este diseño asegura que el agua filtrada entre tanto en el tanque de peces como en las tuberías de cultivo, mientras que solo usa una bomba. No es necesario colocar el sumidero más bajo que el resto de la unidad, por lo que este diseño se puede utilizar en suelos de hormigón existentes o en tejados. Todos los componentes están a un nivel de trabajo cómodo para el agricultor sin agacharse ni usar escaleras. Además, el diseño utiliza completamente el tamaño del contenedor IBC para garantizar un espacio adecuado para los peces. Un inconveniente es que la combinación sumidor/biofiltro funciona para diluir la concentración de nutrientes del agua que llega a las tuberías de cultivo, y al mismo tiempo, devuelve agua a los peces antes de que el agua haya sido completamente despojado de nutrientes. Sin embargo, la ligera dilución se controla controlando el flujo bidireccional que sale del sumidor/biofiltro y, en general, tiene poco efecto sobre la eficacia de este sistema a la luz de los beneficios proporcionados. Generalmente, la bomba devuelve el 80 por ciento del agua a los tanques de peces y el 20 por ciento restante a los lechos de cultivo o canales, y esto se puede controlar con la válvula.
Filtración mecánica y biológica
La filtración dedicada es de vital importancia tanto en las unidades NFT como en las DWC. Mientras que el medio en la técnica de la cama media sirve como un biofiltro y un filtro mecánico, las técnicas NFT y DWC no tienen este lujo. Por lo tanto, ambos tipos de filtros deben construirse deliberadamente: primero, una trampa física para atrapar los desechos sólidos, y luego un filtro biológico para la nitrificación. Como se menciona en la sección 4.3, existen muchos tipos de filtros mecánicos, y las unidades NFT y DWC requieren los que se encuentran en el extremo superior del espectro descrito en el mismo. Los diseños descritos en el apéndice 8 utilizan un filtro mecánico de remolinos para atrapar residuos de partículas, con ventilación periódica de los sólidos capturados. Al salir del filtro de remolino, el agua pasa a través de una malla adicional para atrapar los sólidos restantes y luego llega al biofiltro. El biofiltro está bien oxigenado con piedras de aire y contiene un medio de biofiltración, generalmente Bioballs®, malla de nylon o tapas de botellas, donde las bacterias nitrificantes transforman los desechos disueltos. Con una filtración insuficiente, las unidades NFT y DWC se obstruirían, se volverían anóxicas y presentaban malas condiciones de cultivo para plantas y peces por igual.
Nutriente película técnica crecen tuberías, construcción y siembra
Siguiendo los métodos de filtración explicados anteriormente, NFT emplea entonces el uso de tubos de plástico dispuestos horizontalmente para cultivar vegetales utilizando el agua acuapónica (Figura 4.62). Siempre que sea posible, use tuberías de sección rectangular con un ancho mayor que la altura, que es estándar entre los cultivadores hidropónicos. La razón radica en una película más grande de agua que golpea las raíces con el objetivo de aumentar la absorción de nutrientes y el crecimiento de las plantas. Uno de los beneficios de la NFT es que las tuberías se pueden organizar en muchos patrones, más allá del alcance de esta publicación, y pueden hacer uso del espacio vertical, paredes y vallas, y balcones sobresalientes (Figura 4.63).
El agua se bombea desde el biofiltro a cada tubería hidropónica con un pequeño flujo igual creando una corriente poco profunda de agua acuapónica rica en nutrientes que fluye a lo largo del fondo. Las tuberías de cultivo contienen una serie de agujeros a lo largo de la parte superior de la tubería en la que se colocan las plantas. A medida que las plantas comienzan a consumir el agua rica en nutrientes del arroyo, comienzan a desarrollar sistemas radiculares dentro de las tuberías de cultivo. Al mismo tiempo, sus tallos y hojas crecen y alrededor de las tuberías. La película poco profunda de agua en la parte inferior de cada tubería asegura que las raíces reciban grandes cantidades de oxígeno en la zona de la raíz junto con la humedad y la nutrición. Mantener una corriente superficial permite que las raíces tengan una superficie de intercambio de aire más grande. El flujo de agua para cada tubería de cultivo no debe ser superior a 1-2 litros/min. El caudal se controla desde la válvula Y, con todo el exceso de flujo de agua devuelto a la pecera.
Crecer la forma y el tamaño de la tubería
Es aconsejable elegir una tubería con el diámetro óptimo para los tipos de plantas cultivadas. Las tuberías con una sección transversal cuadrada son las mejores, pero las tuberías redondas son más comunes y totalmente aceptables. Para las verduras de fructificación más grandes, se necesitan tubos de cultivo de 11 cm de diámetro, mientras que las verduras verdes de hoja rápida y pequeñas con pequeñas masas de raíces solo requieren tuberías con un diámetro de 7,5 cm. Para el policultivo a pequeña escala (cultivo de muchos tipos de verduras) se deben utilizar tubos de 11 cm de diámetro (Figura 4.64).
Esto evita limitaciones de selección de plantas porque las plantas pequeñas siempre se pueden cultivar en las tuberías más grandes, aunque habría un sacrificio en la densidad de siembra. Las plantas con sistemas radiculares extensos, incluyendo plantas maduras más antiguas, pueden obstruir tuberías más pequeñas y causar desbordamientos y pérdidas de agua. Tenga especialmente en cuenta los tomates y la menta, ya que sus sistemas de raíces masivas pueden obstruir fácilmente incluso las tuberías grandes.
La longitud del tubo de cultivo puede estar en cualquier lugar entre 1 y 12 m. En los tubos de más de 12 m, las deficiencias de nutrientes pueden ocurrir en las plantas hacia el final de las tuberías porque las primeras plantas ya han despojado los nutrientes. Se necesita una pendiente de aproximadamente 1 cm/m de longitud de tubería para asegurarse de que el agua fluya a través de toda la tubería con facilidad. La pendiente se controla mediante el uso de cuñas (cuñas) en el lado alejado de la pecera.
Los tubos de PVC se recomiendan porque generalmente son los más comúnmente disponibles y son baratos. Se deben utilizar tubos blancos, ya que el color refleja los rayos del sol, manteniendo así el interior de las tuberías fresco. Alternativamente, se recomiendan tubos hidropónicos cuadrados o rectangulares con dimensiones de 10 cm de ancho × 7 cm de alto. Los tubos hidropónicos profesionales para cultivadores comerciales suelen tener esta forma, y algunos cultivadores usan postes de valla de vinilo.
Plantar dentro de las tuberías de cultivo
Los agujeros perforados en la tubería hidropónica deben tener 7-9 cm de diámetro, y deben coincidir con el tamaño de las tazas de red disponibles. Debe haber un mínimo de 21 cm entre el centro de cada agujero de planta para permitir un espacio suficiente para las plantas verdes frondosas y hortalizas de mayor tamaño (figuras 4.65 y 4.66).
Cada plántula se coloca en una taza de red de plástico, que a su vez se coloca dentro de la tubería de cultivo. Esto proporciona soporte físico para la planta. Las copas de red están llenas de medios hidropónicos de uso general (grava volcánica, lana de roca o LECA) alrededor de la plántula. Si lo desea, puede colocarse un tubo de PVC de 5 cm de longitud dentro de la taza de red como mayor equilibrio y apoyo a la planta. En el apéndice 8 se incluyen instrucciones detalladas de plantación.
Si las tazas de red de plástico no están disponibles o son demasiado costosas, es posible usar vasos de plástico regulares. Siga el procedimiento de siembra como se describe en el párrafo anterior asegurándose de agregar muchos agujeros a la taza de bebida de plástico para que las raíces tengan mucho acceso a la tubería de cultivo. Otros cultivadores han tenido éxito con espuma flexible de celda abierta para apoyar las plantas dentro del tubo de cultivo. Si ninguna de estas opciones está disponible o se desea, es posible trasplantar las plántulas directamente en las tuberías, particularmente tuberías rectangulares (Figura 4.67).
Las plántulas se pueden trasplantar con su medio de germinación, que se lavará en el sistema o las raíces se pueden enjuagar cuidadosamente, lo que mantiene el medio fuera del sistema pero puede aumentar el estrés del trasplante. Sin embargo, es preferible usar vasos de red llenos de medios.
Al plantar inicialmente las plántulas en la tubería, asegúrese de que las raíces puedan tocar la corriente de agua en la parte inferior de la tubería. Esto asegurará que las plántulas jóvenes no se deshidraten. Alternativamente, se pueden añadir mechas que traen a la corriente de agua. Además, es aconsejable regar las plántulas con agua acuapónica una semana antes de trasplantarlas a la unidad. Esto ayudará a mitigar el choque de trasplante para las plantas a medida que se acostumbran al agua nueva.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *
Selección de sitios
Original publication · Publicado por primera vez en FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
La selección del sitio es un aspecto importante que debe tenerse en cuenta antes de instalar una unidad acuapónica. Esta sección generalmente se refiere a las unidades acuapónicas construidas al aire libre sin invernadero. Sin embargo, hay breves comentarios sobre invernaderos y estructuras de redes de sombreado para unidades más grandes. Es importante recordar que algunos de los componentes del sistema, especialmente los medios de agua y piedra, son pesados y difíciles de mover, por lo que vale la pena construir el sistema en su ubicación final. Los sitios seleccionados deben estar en una superficie estable y nivelada, en un área protegida contra las inclemencias meteorológicas pero expuesta a la luz solar sustancial.
Estabilidad ###
Asegúrese de elegir un sitio que sea estable y nivelado. Algunos de los componentes principales de un sistema aquapónico son pesados, lo que lleva al riesgo potencial de que las piernas del sistema se hundan en el suelo. Esto puede conducir a una interrupción del flujo de agua, inundaciones o colapso catastrófico. Encuentra el terreno más nivelado y sólido disponible. Las losas de hormigón son adecuadas, pero no permiten enterrar ningún componente, lo que puede provocar riesgos de tropiezos. Si el sistema está construido en el suelo, es útil nivelar el suelo y dejar el material para mitigar las malas hierbas. Además, coloque bloques de hormigón o cemento debajo de las patas de las camas de cultivo para mejorar la estabilidad. Las virutas de piedra se utilizan a menudo para nivelar y estabilizar las ubicaciones del suelo. Además, es importante colocar los tanques de peces sobre una base; esto ayudará a proporcionar estabilidad, proteger el tanque, permitir la fontanería y drenajes en el fondo del tanque, y aislarlo térmicamente del suelo.
Exposición al viento, la lluvia y la nieve
Las condiciones ambientales extremas pueden estresar las plantas y destruir estructuras (Figura 4.14). Los fuertes vientos prevalecientes pueden tener un impacto negativo considerable en la producción de las plantas y pueden causar daños a los tallos y las partes reproductivas. Además, la fuerte lluvia puede dañar las plantas y dañar los enchufes eléctricos sin protección. Grandes cantidades de lluvia pueden diluir el agua rica en nutrientes y puede inundar un sistema si no hay un mecanismo de desbordamiento integrado en la unidad. La nieve causa los mismos problemas que las fuertes lluvias, con la amenaza añadida de daños por frío. Se recomienda ubicar el sistema en una zona protegida contra el viento. Si las fuertes lluvias son comunes, puede valer la pena proteger el sistema con una casa de aro revestida de plástico, aunque esto puede no ser necesario en todas las ubicaciones.
Exposición a la luz solar y a la sombra
La luz solar es crítica para las plantas, y como tal, las plantas necesitan recibir la cantidad óptima de luz solar durante el día. La mayoría de las plantas comunes para acuapónica crecen bien en condiciones de pleno sol; sin embargo, si la luz solar es demasiado intensa, se puede instalar una estructura de sombra simple sobre las camas de cultivo. Algunas plantas sensibles a la luz, incluyendo lechuga, ensaladas verdes y algunas coles, perderán demasiado sol, irán a la semilla y se volverán amargas y desagradables. Otras plantas tropicales adaptadas al suelo de la selva, como la cúrcuma y ciertos ornamentales, pueden exhibir quemaduras de hojas cuando se exponen al sol excesivo, y lo hacen mejor con un poco de sombra. Por otro lado, con luz solar insuficiente, algunas plantas pueden tener tasas de crecimiento lentas. Esta situación se puede evitar colocando la unidad acuapónica en un lugar soleado. Si un área sombreada es el único lugar disponible, se recomienda plantar especies tolerantes a la sombra.
Los sistemas deben diseñarse para aprovechar el sol que viaja de este a oeste a través del cielo. Generalmente, los lechos de cultivo deben estar dispuestos espacialmente de tal manera que el lado más largo esté en un eje norte-sur. Esto hace el uso más eficiente del sol durante el día. Alternativamente, si es preferible menos luz, oriente los lechos, tuberías y canales siguiendo el eje este-oeste. También considere dónde y cuándo hay sombras que cruzan el sitio elegido. Tenga cuidado en la disposición de las plantas de tal manera que no se sombreen inadvertidamente. Sin embargo, es posible utilizar plantas altas, amantes del sol para sombrear plantas bajas y sensibles a la luz del intenso sol de la tarde colocando las plantas altas al oeste o alternando las dos en una distribución dispersa.
A diferencia de las plantas, los peces no necesitan luz solar directa. De hecho, es importante que los tanques de peces estén a la sombra. Normalmente, los tanques de peces están cubiertos con un material de sombreado extraíble que se coloca en la parte superior del tanque (Figura 4.15). Sin embargo, siempre que sea posible, es mejor aislar los tanques de peces usando una estructura de sombreado separada. Esto evitará el crecimiento de algas (ver capítulo 3) y ayudará a mantener una temperatura estable del agua durante el día. También vale la pena evitar que las hojas y los desechos orgánicos entren en los tanques de peces, ya que la materia foliar en descomposición puede manchar el agua, afectar la química del agua y obstruir las tuberías. Localice el sistema lejos de la vegetación sobresaliente o mantenga el tanque cubierto con una pantalla. Además, los tanques de peces son vulnerables a los depredadores. El uso de redes de sombra, lonas u otro cribado sobre los acuarios evitará todas estas amenazas.
Servicios públicos, vallas y facilidad de acceso
En la selección del sitio, es importante considerar la disponibilidad de utilidades. Se necesitan enchufes eléctricos para bombas de agua y aire. Estos enchufes deben estar protegidos del agua y equipados con un dispositivo de corriente residual (RCD) para reducir el riesgo de descarga eléctrica; los adaptadores RCD se pueden comprar en ferreterías estándar. Además, la fuente de agua debe ser fácilmente accesible, ya sea que se trate de unidades de agua municipales o de recolección de lluvia. Del mismo modo, considere hacia dónde iría cualquier efluente del sistema. Aunque son extremadamente eficientes en el agua, los sistemas acuapónicos ocasionalmente requieren cambios de agua, y los filtros y clarificadores necesitan ser enjuagados. Es conveniente tener algunas plantas de suelo ubicadas cerca que se beneficiarían de esta agua. El sistema debe ubicarse donde sea fácil para el acceso diario, ya que se requiere un seguimiento frecuente y una alimentación diaria. Finalmente, considere si es necesario cercar toda la sección. A veces se requieren vallas para evitar el robo y el vandalismo, las plagas de animales y para algunas regulaciones de seguridad alimentaria.
Consideraciones especiales: acuapónica en tejados
Los tejados planos suelen ser sitios adecuados para la acuapónica porque son nivelados, estables, expuestos a la luz solar y no se utilizan ya para la agricultura (Figuras 4.16-4.18). Sin embargo, al construir un sistema en una azotea, es crucial considerar el peso del sistema y si el techo es capaz o no de soportarlo. Es esencial consultar con un arquitecto o ingeniero civil antes de construir un sistema de tejado. Además, asegúrese de que los materiales se puedan transportar de forma segura y efectiva al sitio de la azotea.
Invernaderos y estructuras de red de sombreado
Los invernaderos no son esenciales para las unidades acuapónicas de pequeña escala, pero pueden ser útiles para extender la temporada de cultivo en algunas regiones (Figuras 4.19 y 4.20). Esto es particularmente cierto en las regiones templadas y otras regiones más frías del mundo, ya que los invernaderos pueden utilizarse para mantener una temperatura del agua caliente durante los meses fríos, lo que permite la producción durante todo el año.
Un invernadero es una estructura de marco de metal, madera o plástico que está cubierta por nylon transparente, plástico o vidrio. El propósito de esta estructura es permitir que la luz solar (radiación solar) entre en el invernadero y luego atraparlo para que comience a calentar el aire dentro del invernadero. A medida que el sol comienza a ponerse, el calor se retiene en el invernadero por el techo y las paredes, lo que permite una temperatura del aire más cálida y estable durante un período de 24 horas. Los invernaderos proporcionan protección ambiental general contra el viento, la nieve y las fuertes lluvias. Los invernaderos amplían la temporada de crecimiento reteniendo el calor solar ambiental, pero también se pueden calentar desde dentro. Los invernaderos pueden mantener alejados a los animales y otras plagas, y servir de seguridad contra el robo. Los invernaderos son cómodos para trabajar durante las estaciones más frías y proporcionan al cultivador protección contra el clima. Los marcos de invernadero se pueden utilizar para apoyar plantas trepadoras o para colgar material de sombra. Juntas, estas ventajas de un invernadero dan lugar a una mayor productividad y a una temporada de cultivo prolongada.
Sin embargo, estos beneficios deben equilibrarse con los inconvenientes de los invernaderos. Los costos iniciales de capital para un invernadero pueden ser altos dependiendo del grado de tecnología y sofisticación deseado. Los invernaderos también requieren costos de operación adicionales porque se necesitan ventiladores para crear circulación de aire para evitar el sobrecalentamiento y condiciones demasiado húmedas. Algunas enfermedades y plagas de insectos son más comunes en los invernaderos y deben gestionarse en consecuencia (es decir, el uso de mosquiteros en puertas y ventanas), aunque el entorno confinado puede favorecer el uso de determinados controles de plagas.
En algunas regiones tropicales, las casas de red son más apropiadas que los invernaderos convencionales cubiertos con plástico de polietileno o vidrio (Figura 4.21). Esto se debe a que los climas cálidos en los trópicos o subtrópicos aumentan la necesidad de una mejor ventilación para evitar altas temperaturas y humedad. Las casas de red consisten en un marco sobre las camas de cultivo que está cubierto con malla a lo largo de las cuatro paredes y un techo de plástico sobre la parte superior. El techo de plástico es especialmente importante para evitar la entrada de lluvia, especialmente en zonas con estaciones lluviosas intensas, ya que las unidades podrían desbordarse en cuestión de días. Las casas de red se utilizan para eliminar la amenaza de muchas plagas nocivas asociadas con los trópicos, así como las aves y los animales más grandes. El tamaño de malla ideal para las cuatro paredes depende de las plagas locales. Para insectos grandes, el tamaño de la malla debe ser de 0.5 mm. Para los más pequeños, que a menudo son vectores de enfermedades virales, el tamaño de la malla debe ser más grueso (es decir, malla 50). Las casas de red pueden proporcionar algo de sombra si la luz del sol es demasiado intensa. Los materiales de sombra comunes varían del 25 al 60 por ciento de bloqueador solar.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *
La técnica de la cama media
Original publication · Publicado por primera vez en FarmHub Learn · Food and Agriculture Organization of the United Nations
Las unidades de cama llenas de medios son el diseño más popular para la acuapónica de pequeña escala. Este método es muy recomendable para la mayoría de las regiones en desarrollo. Estos diseños son eficientes con espacio, tienen un costo inicial relativamente bajo y son adecuados para principiantes debido a su simplicidad. En las unidades de cama media, el medio se utiliza para soportar las raíces de las plantas y también el mismo medio funciona como un filtro, tanto mecánico como biológico. Esta doble función es la razón principal por la que las unidades de cama media son las más simples; las siguientes secciones demuestran cómo los métodos NFT y DWC requieren componentes aislados y más complicados para la filtración. Sin embargo, la técnica de la cama media puede volverse difícil de manejar y relativamente costosa a una escala más grande. Los medios de comunicación pueden obstruirse si las densidades de las poblaciones de peces superan la capacidad de carga de las camas, lo que puede requerir una filtración separada. La evaporación del agua es mayor en los medios de comunicación con más superficie expuesta al sol. Algunos medios son muy pesados.
Hay muchos diseños para camas multimedia, y esta es probablemente la técnica más adaptable. Por ejemplo, Bumina es una técnica acuapónica utilizada en Indonesia que utiliza muchos medios de comunicación pequeños conectados a un tanque de peces en tierra (Sección 9.4.3). Además, los materiales reciclados se pueden reutilizar fácilmente para contener los medios y los peces.
Dinámica del flujo de agua
La figura 4.50 muestra los componentes principales de un sistema aquapónico que utiliza camas de medios, incluyendo el tanque de peces, las camas de medios, el tanque de sumidero y la bomba de agua, así como bloques de hormigón para apoyo. Es más fácil de entender siguiendo el flujo de agua a través del sistema. El agua fluye por gravedad desde el tanque de peces, a través de un filtro mecánico simple y hacia los medios de comunicación. Estas camas de medios están llenas de medios de biofiltro porosos que sirven como filtro mecánico y biológico y ubicación para la mineralización. Estas camas albergan la colonia de bacterias nitrificantes, así como proporcionan el lugar para que las plantas crezcan. Al salir de los medios de comunicación, el agua desciende hasta el tanque del sumidero, otra vez por gravedad. En este punto, el agua está relativamente libre de residuos sólidos y disueltos. Por último, esta agua limpia se bombea de nuevo a la pecera, lo que hace que el nivel del agua aumente y se desborde desde el tanque de peces de nuevo a los medios de comunicación, completando el ciclo. Algunas camas multimedia están diseñadas para inundar y drenar, lo que significa que el nivel del agua se eleva a un cierto punto y luego se drena por completo. Esto añade oxígeno a las raíces de las plantas y ayuda a la biofiltración del amoníaco. Otros métodos de riego de medios utilizan un flujo constante de agua, ya sea que entra a un lado de la cama y sale del otro, o se distribuye a través de una matriz de riego por goteo.
Construcción de cama de medios
Materiales
Las camas multimedia pueden estar hechas de plástico, fibra de vidrio o un marco de madera con caucho hermético o láminas de polietileno en la base y dentro de las paredes. Las camas de medios más populares «hágalo usted mismo» (bricolaje) están hechas de contenedores de plástico, IBC modificados o incluso bañeras antiguas (Figura 4.51).
Es posible utilizar todo lo anterior como camas y otros tipos de tanques siempre y cuando cumplan los siguientes requisitos:
-
lo suficientemente fuerte como para mantener el agua y los medios de cultivo sin romperse;
-
capaz de soportar condiciones climáticas difíciles;
-
hecho de material apto para alimentos que es seguro para los peces, las plantas y las bacterias;
-
se puede conectar fácilmente a otros componentes de la unidad a través de piezas simples de plomería;
y
- se puede colocar en las proximidades de los demás componentes de la unidad.
Forma ####
La forma estándar para camas de medios es un rectángulo, con un ancho de aproximadamente 1 m y una longitud de 1-3 m. Camas más grandes se pueden utilizar/fabricar, pero requieren apoyo adicional (es decir, bloques de hormigón) para mantener su peso. Además, los lechos más largos pueden tener distribuciones desiguales de sólidos que tienden a acumularse en la entrada de agua, lo que aumenta el riesgo de manchas anaeróbicas. Las camas no deben ser tan anchas que el agricultor/operador no pueda llegar a través, al menos a mitad de camino.
Profundidad
La profundidad del lecho del medio es importante porque controla la cantidad de volumen del espacio radicular en la unidad que determina los tipos de vegetales que se pueden cultivar. Si se cultivan vegetales frutales grandes como tomates, okra o repollo, el lecho mediático debería tener una profundidad de 30 cm, sin la cual las verduras más grandes no tendrían suficiente espacio en las raíces, experimentarían esteras de raíz y deficiencias de nutrientes, y probablemente se derrumbaría (Figura 4.52).
Las verduras verdes de hoja pequeña solo requieren 15-20 cm de profundidad media, lo que las convierte en una buena opción si el tamaño de la cama media es limitado. Aun así, algunos experimentos han demostrado que incluso los cultivos más grandes pueden cultivarse en lechos poco profundos si las concentraciones de nutrientes son suficientes.
Elección del medio
Todos los medios de cultivo aplicables tendrán varios criterios comunes y esenciales. El medio necesita tener una superficie adecuada mientras permanece permeable para el agua y el aire, permitiendo así que las bacterias crezcan, el agua fluya y las raíces de las plantas respiren. El medio debe ser inerte, no polvoriento y no tóxico, y debe tener un pH neutro para no afectar la calidad del agua. Es importante lavar el medio a fondo antes de colocarlo en las camas, especialmente grava volcánica que contiene polvo y partículas diminutas. Estas partículas pueden obstruir el sistema y potencialmente dañar las branquias de los peces. Por último, es importante trabajar con material que sea cómodo para el agricultor. Estos criterios esenciales se enumeran a continuación:
-
gran área de superficie para el crecimiento bacteriano;
-
pH neutro e inerte (lo que significa que el medio no lixiviará ninguna sustancia potencialmente tóxica);
-
buenas propiedades de drenaje;
-
fácil de trabajar con;
-
espacio suficiente para que el aire y el agua fluyan dentro del medio;
-
disponible y rentable;
y
- peso ligero, si es posible.
Se discuten varios medios de comunicación comunes que cumplen los criterios:
Grava volcánica (toba)
La grava volcánica es el medio más popular para usar en unidades de cama multimedia y se recomienda cuando esté disponible (Figura 4.53). Las tres mejores cualidades de la grava volcánica son que tiene una muy alta relación superficie a volumen, puede ser barata y fácil de obtener, y es casi químicamente inerte. La grava volcánica tiene una relación superficie a volumen de aproximadamente 300 m2/m3, dependiendo del tamaño de la partícula, lo que proporciona un amplio espacio para que las bacterias se colonicen. La grava volcánica es abundante en muchos lugares alrededor del mundo. Una vez lavada el polvo y la suciedad, la grava volcánica es casi completamente inerte químicamente, a excepción de pequeñas liberaciones de microelementos como hierro y magnesio y la absorción de iones fosfato y potasio en los primeros meses de la puesta en marcha de una unidad. El tamaño recomendado de la grava volcánica es de 8-20 mm de diámetro. Es probable que la grava más pequeña se obstruya con residuos sólidos y la grava más grande no ofrece la superficie o el soporte de la planta según sea necesario.
Piedra caliza
La piedra caliza no se recomienda como medio de cultivo, aunque se usa comúnmente (Figura 4.54). La piedra caliza, una roca sedimentaria, es menos deseable que otros medios porque tiene una relación superficie menor a volumen, es pesada y no es inerte. La piedra caliza se compone principalmente de carbonato de calcio (CaCo3), que se disuelve en agua y afecta la calidad del agua. La piedra caliza aumentará el KH del agua, lo que también aumentará el pH (ver Sección 3.3). Por lo tanto, este material se utiliza mejor cuando las fuentes de agua son muy bajas en alcalinidad o ácido, ya que en los casos de agua alcalina requeriría correcciones ácidas constantes de
aguas entrantes. Sin embargo, una pequeña adición de piedra caliza puede ayudar a contrarrestar el efecto acidificante de las bacterias nitrificantes, lo que puede compensar la necesidad de un tampón regular de agua en sistemas bien equilibrados. La piedra caliza puede no ser tan cómoda de trabajar en términos de siembra y cosecha, y puede experimentar obstrucción si no se elige la granulometría adecuada. Sin embargo, a menudo es la forma más barata y común de grava disponible. La piedra caliza sólo es aceptable como medio si no hay otros medios disponibles, pero tenga en cuenta su impacto en la calidad del agua.
Agregado de arcilla expandida ligera
El agregado de arcilla expandida ligera** (**LECA) consiste en guijarros de arcilla expandida (Figura 4.55). Originalmente, fue fabricado para el aislamiento térmico de techos de edificios, pero más recientemente se ha utilizado en hidroponía. Estos guijarros son redondos y muy ligeros en comparación con otros sustratos.
Son muy cómodos de trabajar e ideales para la producción de tejados. El área de superficie de LECA es de aproximadamente 250-300 m2/m3, que está dentro del rango objetivo. Sin embargo, LECA es relativamente caro y no está ampliamente disponible en todo el mundo. Viene en una variedad de tamaños; para acuapónica se recomiendan los tamaños más grandes con diámetros 8-20 mm. Este material puede dar beneficios adicionales a los cultivadores en caso de camas multimedia colocadas directamente en los pisos de la azotea (dependiendo del diseño). De hecho, el edificio puede beneficiarse de un aislamiento adicional, que puede reducir los costos de refrigeración y calefacción de las casas.
Otras opciones posibles de medios
Si los medios mencionados anteriormente no están disponibles, es posible utilizar otros medios. Las alternativas incluyen: grava del lecho del río, que suele ser caliza, pero puede tener una baja relación superficie a volumen dependiendo de la granulometría; piedra pómez (también lana de roca), un material volcánico blanco/gris también utilizado popularmente como medio de cultivo en hidroponía; plástico reciclado, aunque el plástico flota y necesita ser mantenidos sumergidos con una capa de grava en la parte superior; o sustratos orgánicos como fibra de coco, aserrín, musgo de turba o casco de arroz, que a menudo son baratos pero corren el riesgo de volverse anóxico, deteriorándose con el tiempo y obstruyendo el sistema. Sin embargo, el sustrato orgánico se puede utilizar durante un tiempo dentro de la acuapónica, y una vez que comienza a deteriorarse, los medios pueden ser retirados del sistema, compostados y utilizados como una valiosa adición de suelo para cultivos de suelo. En el cuadro 4.1 se resumen las principales características de todos los medios de cultivo mencionados anteriormente.
TABLA DE ##### 4.1
Características de los diferentes medios de cultivo
Desplazamiento del agua por los medios
Dependiendo del medio, ocupará aproximadamente el 30-60 por ciento del volumen total de la cama media. Este porcentaje ayudará a decidir el tamaño del tanque de sumidero para cada unidad, ya que el tanque de sumidero, como mínimo, tendrá que mantener el volumen total de agua contenido en todas las camas de medios. Los tanques de sumidero deben ser ligeramente sobredimensionados para garantizar que siempre haya agua adecuada para que la bomba funcione sin secarse nunca.
Por ejemplo, para un lecho de 1 000 litros (dimensiones de 2 m de largo × 2 m de ancho × 0,25 m de profundidad media), el medio de cultivo desplazará de 300 a 600 litros de este espacio, por lo que el volumen de agua del lecho mediático sería de 400 a 700 litros. Se recomienda que el volumen del cárter sea al menos el 70 por ciento del volumen total de la cama media. Para este ejemplo, el depósito del sumidero debe ser de aproximadamente 700 litros.
Filtración
Las camas de medios sirven como filtros muy eficientes, tanto mecánicos como biológicos. A diferencia de los sistemas NFT y DWC (discutidos más adelante), la técnica de cama media utiliza un filtro combinado y área de cultivo de plantas. Además, el lecho de medios proporciona un lugar para que se produzca la mineralización, que está ausente en los sistemas NFT y DWC. Sin embargo, a altas densidades de almacenamiento (\ >15 kg/m3), la filtración mecánica puede verse abrumada y puede enfrentar el riesgo de tener los medios obstruidos y producir puntos anaeróbicos peligrosos.
Filtro mecánico
El lecho de relleno medio funciona como un filtro físico grande, capturando y conteniendo los residuos sólidos y suspendidos de pescado y otros desechos orgánicos flotantes. La eficacia de este filtro dependerá del tamaño de partícula del medio porque las partículas más pequeñas están más densamente empaquetadas y capturan más sólidos. Además, un alto caudal de agua puede forzar partículas a través del lecho de medios y escapar del filtro. Con el tiempo, los desechos sólidos capturados se descompondrán y se mineralizarán. Un sistema debidamente equilibrado procesará todos los desechos sólidos entrantes.
Cuando las camas de medios están mal dimensionadas para la densidad de media, la cama media puede obstruirse con sólidos. Esto indica un error en el diseño original cuando se utilizó la relación de velocidad de avance para equilibrar el sistema. Esta situación conduce a camas obstruidas con residuos sólidos, mala circulación de agua, zonas anóxicas y condiciones peligrosas. Cuando esto ocurre, el medio necesita ser lavado, lo que requiere mucha mano de obra, interrumpe el ciclo de cultivo de la planta y puede alterar brevemente las bacterias nitrificantes.
Para evitar esta situación, asegúrese de que el diseño original consideró la densidad de la población, el régimen de alimentación, y utilizó la relación de velocidad de alimentación para calcular el área requerida del lecho de medios. Alternativamente, se puede integrar otro dispositivo de captura de sólidos en el diseño de la unidad. Esto también se recomienda cuando la densidad de la población sea superior a 15 kg/m3 y/o si la tasa de alimentación es superior a 50 g/día por cada metro cuadrado de cama de cultivo. Hay varias opciones para este filtro mecánico adicional. Una técnica rudimentaria y barata es colocar un calcetín viejo y huérfano en el grifo donde el agua de la pecera entra en el lecho mediático. Este sencillo filtro se puede quitar todos los días y enjuagar. Otro método más elaborado es colocar un cubo de 3-5 litros dentro de la cama media con varios agujeros pequeños (6-8 mm) perforados en las superficies laterales (Figura 4.31). Las esponjas, la malla de nylon o incluso los medios de cultivo (grava volcánica, LECA) se pueden atar en una bolsa de red inerte porosa y colocar en este cubo. Este filtro atrapará los residuos sólidos, y el filtro se puede quitar periódicamente para ser enjuagado y reemplazado.
Filtración biológica
Todos los medios de cultivo aquí esbozados tienen una gran superficie donde las bacterias nitrificantes pueden colonizar. De todos los diseños acuapónicos, las camas de medios tienen la mayor filtración biológica debido a la enorme área de medios en la que las bacterias pueden crecer. La capacidad de biofiltración puede ser limitada o perdida si los medios de comunicación se vuelven anóxicos, si las temperaturas bajan o si la calidad del agua es deficiente, pero generalmente las camas de medios tienen una filtración biológica más que adecuada.
Mineralización
Con el tiempo, los residuos sólidos y suspendidos de pescado y todos los demás desechos se descomponen lentamente por procesos biológicos y físicos en simples nutrientes en forma de simples moléculas e iones que las plantas pueden absorber fácilmente. Si el lodo se acumula en el lecho de medios y no se va, puede indicar que el proceso de mineralización no es suficiente. En este caso, la recomendación es utilizar una filtración mecánica más efectiva y procesar los residuos filtrados por separado. Este proceso se describe con más detalle en la sección 4.2.2 y en el capítulo 5.
Las tres zonas de camas de medios - características y procesos
La naturaleza de un lecho mediático de inundación y drenaje crea tres zonas separadas que pueden considerarse microecosistemas, que se diferencian por su contenido de agua y oxígeno. Cada zona alberga un grupo diverso de bacterias, hongos, microorganismos, gusanos, insectos y crustáceos. Una de las más importantes es la bacteria nitrificante utilizada para la biofiltración, pero hay muchas otras especies que tienen un papel en la descomposición de los desechos de peces. No es esencial conocer todos estos organismos, pero esta sección describe brevemente las diferencias entre estas tres zonas y algunos de los procesos ecológicos que ocurren en cada una de ellas.
Zona seca
La parte superior de 2-5 cm de la cama es la zona seca (Figura 4.56). Esta zona funciona como una barrera de luz, evitando que la luz golpee directamente el agua, lo que puede conducir al crecimiento de algas. También previene el crecimiento de hongos y bacterias dañinas en la base del tallo de la planta, lo que puede causar pudrición del collar y otras enfermedades de las plantas. Otra razón para tener una zona seca es minimizar la evaporación de las camas cubriendo la zona húmeda de la luz directa. Además, las bacterias beneficiosas son sensibles a la luz solar directa.
Zona seca/húmeda
Esta es la zona que tiene humedad y alto intercambio de gases. En técnicas de inundación y drenaje (discutidas más adelante) este es el espacio de 10-20 cm donde el lecho mediático inunda y drena intermitentemente (Figura 4.57). Si no se utilizan técnicas de inundación y drenaje, esta zona será el camino por el que el agua fluye a través del medio. La mayor parte de la actividad biológica ocurrirá en esta zona. El desarrollo de raíces, las colonias de bacterias beneficiosas y los microorganismos beneficiosos están activos en esta zona. Las plantas y los animales reciben su agua, nutrientes y oxígeno debido a la interfaz entre el aire y el agua.
Una técnica común es agregar gusanos al lecho de medios que vivirán en esta zona seca y húmeda. Los gusanos contribuirán a la descomposición de los residuos sólidos de pescado y también consumirán hojas o raíces muertas. Esta actividad evitará que los desechos obstruyan el sistema. Consulte la Sección 9.1.1 para obtener más información sobre gusanos y vermicompost.
Zona húmeda
Esta zona, la parte inferior de 3-5 cm de la cama, permanece permanentemente húmeda. En esta zona se acumulan los desechos sólidos de partículas pequeñas y, por lo tanto, los organismos que son más activos en la mineralización se encuentran aquí. Estos incluyen bacterias heterotróficas y otros microorganismos. Estos organismos son responsables de descomponer los residuos en fracciones y moléculas más pequeñas que pueden ser absorbidas por las plantas a través del proceso de mineralización.
Irrigación de camas de medios
Existen diferentes técnicas para entregar agua a los medios de comunicación, cada una puede ser relevante dependiendo de la disponibilidad local de materiales, el grado de tecnología deseado o la experiencia de los operadores. El agua simplemente se puede gotear de tuberías perforadas uniformemente distribuidas en el medio; este es un diseño perfectamente aceptable. Algunos expertos han demostrado que los diseños de flujo constante, donde el nivel del agua dentro del lecho de cultivo es siempre el mismo, soportan las mismas tasas de crecimiento de las plantas que los métodos más complicados. Estos sistemas de distribución de agua pueden obstruirse con residuos sólidos de pescado y deben limpiarse periódicamente.
Se puede utilizar un método llamado inundación y drenaje, también conocido como reflujo y flujo, donde el sistema de fontanería provoca que las camas de medios se inunden con agua de la pecera y luego drenan de nuevo en el tanque de sumidero. Esto se logra mediante autosifones o bombeo cronometrado. Esta alternancia entre inundación y drenaje asegura que las plantas tengan nutrientes frescos y un flujo de aire adecuado en la zona radicular. Esto repone los niveles de oxígeno para plantas y bacterias. También asegura que haya suficiente humedad en la cama en todo momento para que las bacterias puedan prosperar en sus condiciones óptimas. Por lo general, estos sistemas pasan por el ciclo completo 1-2 veces cada hora, pero algunos sistemas exitosos solo ciclo 3-4 veces por día. Los diseños de inundación y drenaje no son las únicas técnicas para los medios de comunicación, y la gestión del ciclo de flujo de agua puede ser frustrante y llevar mucho tiempo para los operadores novatos.
Esta publicación discute brevemente dos métodos populares para inundar y drenar una cama, aunque existen otros métodos, como el sifón en bucle, que son objeto de investigación actual.
Sifón de campana
El sifón de campana es un tipo de autosifón que explota algunas leyes físicas de la hidrodinámica y permite que el lecho mediático se inunde y drene automáticamente, periódicamente, sin temporizador (Figura 4.58). La acción, el tiempo y el éxito final del sifón dependen del caudal del agua en la cama, que es constante. Sin embargo, los sifones de campana pueden ser delicados y requieren atención.
Dinámica del flujo de agua
El agua fluye en cada lecho de cultivo a un caudal constante. A medida que el agua llena el lecho de cultivo, llega a la parte superior de la tubería y comienza a gotear a través de la tubería de regreso al tanque del sumidero. Sin la parte de campana del sifón de campana, esto crearía una condición de altura constante del agua. En cambio, a medida que el agua continúa cayendo a través de la tubería, la campana, que se asienta sobre la tubería, algo así como un sombrero, actúa como una cerradura hermética y produce un efecto de sifón. Esta succión dentro de la campana inicia el sifón. Una vez arrancada, toda el agua de la cama comienza a arrojar rápidamente por la tubería de entrada mientras la campana mantiene su sello hermético. El drenaje a través de la tubería base es más rápido que la entrada constante desde el tanque de peces. Cuando el agua en el lecho de cultivo se drena hasta el fondo, el aire entra en el fondo de la campana e inmediatamente detiene el sifón. El agua luego se llena lentamente de nuevo y repite todo el ciclo continuamente. Consulte la sección de Lectura adicional al final de esta publicación para obtener más información sobre los sifones de campana.
Componentes principales de un sifón de campana
Los tres componentes principales de un sifón de campana se describen a continuación. Tenga en cuenta que las instrucciones detalladas para comprender, construir y optimizar los sifones de campana, así como las imágenes de estos componentes, se pueden encontrar en el Apéndice 8. Las dimensiones de la tubería base, la campana y la protección de medios dependen completamente del tamaño del lecho de cultivo y del caudal de agua entrante. Estas dimensiones se proporcionan para los diseños aquapónicos descritos en esta publicación para una cama media de 1-3 m2 con una profundidad de 30 cm, con un caudal de agua entrante de 200-500 litros/h para cada cama. Para camas de cultivo grandes, todos los componentes serían más grandes.
Standpipe - El tubo de salida está construido de un tubo de PVC de 2,5 cm de diámetro, de una altura de 22 cm. El tubo de salida pasa a través del fondo del lecho de cultivo, conectándose al sumidero, y es el camino del agua a medida que drena.
Campana - La campana es un tubo de PVC, 7,5 cm de diámetro, de una altura de 25 cm. El tubo está tapado con una tapa final de PVC en la parte superior, y está abierto en la parte inferior, donde cabe sobre el tubo de salida. Dos espacios rectangulares, 1 cm × 4 cm, se encuentran cerca de la parte inferior de la campana, 1,5 cm hacia arriba en los lados opuestos, a través de los cuales el agua se tira hacia arriba en el interior de la campana. Un agujero final de 1 cm se taladra a 5 cm de la parte inferior para ayudar a romper el sifón una vez que el lecho de cultivo se drena permitiendo la entrada de aire.
Media - El protector de medios es un tubo de PVC, de 11 cm de diámetro, de una altura de 32 cm con muchos pequeños agujeros perforados en sus laterales. El protector de medios evita que la grava del lecho de cultivo entre y obstruya la tubería de entrada, sin obstruir el flujo de agua.
Mecanismo de temporizador
Este método de riego de inundación y drenaje se basa en un interruptor temporizador en la bomba de agua para controlar la inundación periódica y el drenaje (Figura 4.59). El beneficio de este método
es que no hay autosifón, que puede ser de gran densidad de mano de obra para calibrar. Sin embargo, la reducción de la circulación de agua y la reducción de la aireación en los tanques de peces resulta en una menor filtración general. Este método es menos apropiado en situaciones de crianza de alta densidad y requiere una cuidadosa atención para proporcionar aireación suplementaria a los peces.
Dinámica del flujo de agua
El agua fluye hacia el lecho de crecimiento, inundando la cama hasta que el agua llega a la parte superior de la tubería base. A continuación, el agua drena a través de este tubo de entrada y hacia abajo en el tanque del sumidero. La gran tubería es de diámetro suficiente para drenar toda el agua entrante; la parte superior de la gran tubería es la inundación más profunda que experimentará el lecho de cultivo. También hay una pequeña entrada, de 6-12 mm de diámetro, en este mismo tubo de salida situado cerca de la parte inferior. Esta pequeña entrada es insuficiente para drenar toda el agua entrante y, por lo tanto, incluso cuando el agua entra en la pequeña entrada, el lecho de cultivo continúa inundándose hasta llegar a la cima. En algún momento después de que la cama esté llena, el temporizador corta la energía a la bomba de agua. El agua en el lecho de medios comienza a fluir a través del pequeño orificio de entrada, continuando drenando el lecho de crecimiento hasta que el agua alcanza el nivel del orificio inferior. En este punto, la potencia se devuelve a la bomba de agua y el lecho de cultivo se rellena con agua fresca del tanque de peces. Es muy importante que el agua que fluye hacia el lecho de medios sea mayor que el agua que fluye a través de la pequeña entrada en la tubería de entrada para que la cama se vuelva a inundar completamente. La longitud del ciclo de inundación y drenaje y el diámetro del orificio de goteo están determinados por el tamaño del lecho de medios y el caudal de entrada.
Para garantizar una filtración adecuada, todo el volumen del tanque de peces debe bombearse a través de los lechos de cultivo cada hora. Por último, asegúrese de vaciar las camas una vez a la semana retirando temporalmente el tubo de salida y permitiendo que el agua restante se drene.
Los materiales involucrados en el método del temporizador para los diseños aquapónicos incluidos en esta publicación son los siguientes: un tubo de salida, de 2,5 cm de diámetro, de una altura de 23 cm que tiene un orificio de goteo secundario, de 6-12 mm de diámetro, 2,5 cm por encima de la parte inferior; un protector de medios, 11 cm de diámetro y 32 cm de altura, rodeando el para evitar que los medios lo obstruyan; y un temporizador que controla la bomba que está calibrada en función del caudal de la bomba y del caudal de la tubería base.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *
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