La acuicultura comercial requiere una transferencia continua de oxígeno porque los peces y los camarones consumen oxígeno disuelto, mientras que la filtración biológica, la descomposición orgánica y otros procesos también consumen oxígeno. La demanda de oxígeno cambia con la biomasa, la densidad de población, la temperatura del agua, la actividad alimentaria y las condiciones nocturnas. ASistema de oxígeno PSAaborda este requisito separando el oxígeno del aire comprimido y suministrando gas enriquecido con oxígeno a estanques, tanques, conos de oxígeno o sistemas de recirculación de acuicultura.
oxígeno PSALa generación utiliza recipientes de adsorción llenos de tamiz molecular. Un compresor suministra aire filtrado y seco a los lechos de adsorción, donde el tamiz molecular adsorbe preferentemente nitrógeno. El gas rico en oxígeno pasa a un receptor de oxígeno y luego ingresa al sistema de oxigenación del lado del agua. Los lechos de adsorción alternan entre presurización y regeneración para mantener la producción de gas.
La generación de oxígeno in situ cambia la estructura de suministro
Una granja comercial que utiliza cilindros de oxígeno u oxígeno líquido depende de una cadena de suministro externa: producción, transporte, almacenamiento y entrega de gas a la granja. Una instalación de PSA traslada el proceso de generación de oxígeno a la granja.
El proceso básico es:
Aire ambiente → compresor → tratamiento de aire → adsorción de PSA → receptor de oxígeno → distribución de oxígeno → oxigenación del agua
Por tanto, el sistema requiere más que una unidad de adsorción. El compresor debe proporcionar el flujo de aire de alimentación requerido, los filtros y secadores deben eliminar los contaminantes y la humedad, y el receptor de oxígeno debe amortiguar el gas antes de que llegue a la red de distribución.
Para granjas que operan en áreas remotas o que requieren un suministro continuo de oxígeno, el cálculo de adquisición debe incluir el consumo de electricidad, el mantenimiento, los repuestos y el costo del transporte de oxígeno suministrado externamente.
Una mayor concentración de oxígeno reduce el volumen de gas necesario para la transferencia de oxígeno
El aire atmosférico contiene aproximadamente un 21% de oxígeno. Los equipos de aireación convencionales deben mover un gran volumen de aire a través del agua para transferir la cantidad de oxígeno requerida.
Un generador de PSA separa el nitrógeno del aire comprimido y produce un gas enriquecido con oxígeno. Las configuraciones de acuicultura publicadas por NEWTEK incluyen rangos de pureza de oxígeno de aproximadamente 90% a 99,5%, dependiendo de la configuración, con estándaresoxígeno PSAsistemas comúnmente especificados alrededor del 93% ± 3%.
La mayor concentración de oxígeno cambia el proceso de transferencia del lado del agua. En lugar de transferir oxígeno de una gran cantidad de aire atmosférico, el difusor o cono de oxígeno recibe una corriente de gas con una mayor concentración de oxígeno.
La transferencia real depende de:
- Caudal de gas
- Profundidad del agua
- Diámetro de burbuja
- Temperatura del agua
- tiempo de contacto
- Presión de funcionamiento
- Estructura difusora o de cono de oxígeno.
Por lo tanto, la producción de PSA debe evaluarse junto con el equipo de transferencia de oxígeno y no como una especificación de gas aislada.
PSA Oxygen puede suministrar sistemas de acuicultura de alta densidad
A medida que aumenta la densidad de población, el requerimiento de oxígeno por unidad de volumen de agua también se convierte en un parámetro de diseño crítico. Los peces y camarones consumen oxígeno continuamente, mientras que la disponibilidad de oxígeno puede disminuir rápidamente cuando la capacidad de aireación no coincide con la demanda biológica.
Un sistema PSA puede suministrar oxígeno a:
- Estanques intensivos de peces
- Estanques de camarones
- Tanques de incubación
- Sistemas de recirculación de acuicultura
- Tanques de cultivo interiores
- Tanques de almacenamiento de peces vivos
En una instalación RAS, por ejemplo, el agua pasa por filtración mecánica y tratamiento biológico antes de regresar al tanque de cultivo. El oxígeno se puede inyectar aguas abajo a través de un cono o difusor de oxígeno antes de que el agua tratada regrese a las peceras.
Por tanto, el generador de oxígeno pasa a formar parte del circuito de tratamiento del agua:
Tanque de cultivo → filtración → tratamiento biológico → oxigenación → tanque de cultivo
La producción de oxígeno puede adaptarse a la demanda agrícola real
La capacidad de PSA debe calcularse a partir de la demanda de oxígeno y no únicamente del área del estanque.
Las principales entradas incluyen:
| Parámetro de diseño | Función de ingeniería |
|---|---|
| Biomasa | Determina el consumo biológico de oxígeno. |
| Densidad de población | Determina la demanda de oxígeno por unidad de volumen de agua. |
| Temperatura del agua | Cambia la solubilidad del oxígeno y la demanda metabólica. |
| Objetivo HACER | Define la condición de oxígeno disuelto requerida |
| Demanda pico | Determina la capacidad máxima del generador. |
| Eficiencia de transferencia de oxígeno | Determina cuánto oxígeno generado ingresa al agua. |
| Horas de funcionamiento | Determina la producción diaria de oxígeno. |
| Biomasa futura | Determina los requisitos de expansión. |
Por ejemplo, si una granja requiere que entren 30 Nm³/h de oxígeno al agua pero el sistema de transferencia de oxígeno transfiere solo el 75% del oxígeno suministrado, el generador debe proporcionar más de 30 Nm³/h.
Una relación de diseño simplificada es:
Producción de oxígeno requerida=transferencia de oxígeno requerida ÷ eficiencia de transferencia
El cálculo debe utilizar el rendimiento de transferencia medido o especificado por el proveedor en lugar de asumir que todo el oxígeno que sale del generador de PSA ingresa al agua.
Los sensores de oxígeno disuelto pueden controlar el suministro de oxígeno
oxígeno PSALa producción se vuelve más útil cuando se conecta al monitoreo de oxígeno disuelto.
Un sensor de oxígeno disuelto mide el nivel real de OD en el agua de cultivo. La señal puede ingresar a un PLC, que controla una válvula de oxígeno, el caudal de oxígeno o la capacidad adicional de PSA de acuerdo con límites operativos predefinidos.
El circuito de control se puede estructurar como:
Sensor de OD → PLC → control de flujo de oxígeno → difusor/cono de oxígeno → agua de cultivo
Cuando el OD disminuye por debajo del rango configurado, el sistema de control puede aumentar el suministro de oxígeno. Cuando el OD vuelve al rango requerido, el sistema puede reducir el flujo de oxígeno.
Los sistemas PSA de NEWTEK incluyen sensores de oxígeno, sensores de presión, control automático e interfaces de comunicación industrial como Modbus, Profibus y Ethernet.
Esta disposición permite que el sistema de oxígeno responda a condiciones de agua mensurables en lugar de operar el generador a su máxima potencia durante todo el ciclo de producción.
El almacenamiento intermedio de oxígeno separa la generación de la fluctuación de la demanda
El ciclo de adsorción de PSA y la demanda de oxígeno de la granja no necesariamente cambian al mismo ritmo. Un tanque de inercia puede separar estas dos condiciones de funcionamiento.
El generador PSA llena el receptor de oxígeno, mientras que el sistema de oxigenación posterior extrae gas según la demanda del agua. De este modo, el receptor absorbe las diferencias a corto plazo entre la producción y el consumo de oxígeno.
El volumen requerido del tanque depende de:
- Producción de oxígeno PSA
- Demanda de oxígeno
- Presión de funcionamiento
- Flujo máximo
- Rango de presión
- Tiempo de reserva requerido
Un receptor de tamaño insuficiente puede provocar cambios rápidos de presión cuando varios tanques de cultivo demandan oxígeno simultáneamente. Un receptor sobredimensionado aumenta el volumen del equipo y el costo de capital sin aumentar la capacidad de generación de oxígeno.
El oxígeno PSA puede funcionar junto con la aireación mecánica
El oxígeno PSA no necesariamente reemplaza a los aireadores mecánicos.
Los aireadores mecánicos mueven agua y aire atmosférico, mientras que los equipos PSA suministran gas enriquecido con oxígeno. Los dos sistemas pueden realizar diferentes funciones dentro del mismo estanque o tanque.
Un acuerdo combinado puede utilizar:
Aireador mecánico → circulación de agua.
Oxígeno PSA → suministro de oxígeno concentrado
Sensor de OD → señal de control
Esta configuración permite que el equipo mecánico mantenga el movimiento del agua mientras el sistema PSA suministra oxígeno adicional cuando la demanda biológica excede la contribución de oxígeno de la aireación normal.
La disposición adecuada depende de la profundidad del estanque, el patrón de circulación del agua, la biomasa, la ubicación del difusor y el OD requerido.
El oxígeno PSA apoya la oxigenación RAS
Las instalaciones de RAS hacen circular agua continuamente mediante filtración y tratamiento biológico. Las bacterias nitrificantes en los biofiltros consumen oxígeno mientras convierten amoníaco y nitrito, por lo que la demanda de oxígeno existe fuera de las peceras.
Un proceso típico de oxigenación RAS puede incluir:
- El agua de cultivo sale del tanque.
- La filtración mecánica elimina los sólidos en suspensión.
- La biofiltración convierte los compuestos nitrogenados.
- El oxígeno se inyecta a través de un difusor o cono de oxígeno.
- El agua oxigenada regresa a los tanques de cultivo.
Por lo tanto, el generador de PSA debe suministrar suficiente oxígeno para el consumo de oxígeno tanto biológico como acuático.
El punto de inyección de oxígeno debe seleccionarse según la presión del agua, el caudal, el tiempo de contacto y el equipo de transferencia de oxígeno. El simple hecho de aumentar la producción de gas PSA no garantiza aumentos proporcionales en el oxígeno disuelto si el dispositivo de transferencia del lado del agua ha alcanzado su límite de transferencia.
El monitoreo automático puede identificar fallas en el sistema de oxígeno
Un sistema de oxígeno para acuicultura comercial debe monitorear las condiciones tanto del lado del gas como del lado del agua.
| Parámetro | Lo que indica |
|---|---|
| Oxígeno disuelto | Condición real de oxígeno en el agua de cultivo. |
| Pureza del oxígeno | Condición de separación de PSA |
| Flujo de oxígeno | Entrega de gas al agua. |
| Presión de PSA | Estado de funcionamiento del sistema de adsorción |
| Presión del compresor | Disponibilidad de aire de alimentación |
| Temperatura del agua | Cambios en la solubilidad del oxígeno y la demanda biológica. |
| Estado de alarma | Anomalía del equipo o del sensor |
Por ejemplo, la caída de la pureza del oxígeno puede indicar contaminación del tamiz molecular, problemas de conmutación de válvulas, demanda excesiva o problemas con el aire de alimentación. La caída de la presión de oxígeno puede indicar limitaciones de capacidad del compresor, bloqueo del filtro, problemas de válvulas o flujo aguas abajo excesivo.
El sistema de control debe utilizar estas señales para generar alarmas y aislar equipos anormales en lugar de depender únicamente de la inspección manual.
Oxígeno PSA y aireación convencional: diferencia estructural
La aireación convencional introduce aire atmosférico directamente en el agua. Por lo tanto, el suministro de oxígeno está limitado por la concentración de oxígeno en el aire atmosférico y la eficiencia de transferencia del aireador.
El oxígeno PSA separa el oxígeno del aire antes de que el gas ingrese al sistema del lado del agua.
| Factor | Aireación convencional | Sistema de oxígeno PSA |
|---|---|---|
| Gas suministrado | aire atmosférico | Gas enriquecido con oxígeno |
| Equipo de separación principal | Ninguno | Recipientes de adsorción de tamiz molecular |
| Suministro de aire | Soplador/aireador | Compresor de aire |
| control de oxígeno | Funcionamiento del flujo de aire y del aireador. | Flujo de oxígeno, pureza y control de OD. |
| Equipos del lado del agua | Rueda de paletas, soplador o difusor | Difusor de oxígeno, cono de oxígeno o equipo similar |
| Mantenimiento principal | Aireador, motor, rodamientos, difusor. | Compresor, filtros, válvulas, analizador, tamiz molecular. |
| Integración del sistema | Mezcla directa aire-agua | PSA + receptor + distribución de oxígeno + oxigenación de agua |
Para la acuicultura de alta densidad, el oxígeno PSA puede complementar la aireación mecánica cuando el requerimiento de oxígeno excede lo que la aireación atmosférica puede transferir. La configuración adecuada depende de la biomasa, el volumen de agua, la temperatura, el objetivo de OD, la eficiencia de transferencia de oxígeno y el programa de funcionamiento.
Acerca de NEWTEK
NEWTEKse desarrolla en el sitiooxígeno PSAy sistemas de generación de nitrógeno. Su proceso de oxígeno PSA utiliza adsorción por tamiz molecular de zeolita, donde el aire comprimido y purificado ingresa a los recipientes de adsorción, el nitrógeno se adsorbe preferentemente y el gas rico en oxígeno sale del lecho de adsorción.
La configuración del sistema incluye purificación de aire, recipientes de adsorción, sensores de presión, sensores de oxígeno, control automático, tuberías de gas e interfaces de comunicación. Las especificaciones de oxígeno PSA publicadas por NEWTEK incluyen capacidades de producción de 1 a 300 Nm³/h, pureza de oxígeno de 93 % ± 3 % y presión de salida de oxígeno de 0,01 a 0,5 MPa, según la configuración.
Para la acuicultura comercial, el sistema PSA se puede conectar a receptores de oxígeno, conos de oxígeno, difusores, sensores de oxígeno disuelto y equipos de tratamiento de agua. La capacidad final debe calcularse a partir de la biomasa, la temperatura del agua, la OD objetivo, la demanda máxima de oxígeno, la eficiencia de transferencia de oxígeno y la expansión de la producción planificada, en lugar de basarse únicamente en el área del estanque.
