Eficiencia en Aireación de Piscinas de Camarón.

I. Introducción y Motivación

La industria del camarón Vannamei en Ecuador, es hoy junto con el Banano, la industria más importante del Ecuador. Y a pesar de que aún no supera en exportaciones al petróleo, la economía que gira alrededor de esta industria y los emprendimientos y valores agregados que se generan son de enorme importancia para el país y son superiores a los generadores por el Petróleo comparando volúmenes iguales. Por un lado, esto impulsa un desarrollo importante para el país, pero por el otro lado, se genera el riesgo de una fuerte dependencia de la economía de esta industria.

Esto y la fuerte dependencia del mercado, de las exportaciones de camarón a China (50% 2019), enciende las alarmas, denotando la fragilidad del mismo y nos hace mirar cada vez más hacia la importancia, de tener una industria sana, no solo con políticas de estado que permitan sostener la competitividad en la producción, sino también la sostenibilidad ambiental y técnicas de producción que nos ayuden a prevenir enfermedades y aumentar la productividad, alrededor de la idea de tener siempre un Camarón “limpio”.

Es decir, debemos procurar siempre valores agregados que nos puedan diferenciar, frente a otros productores que apuestan a cultivos altamente intensivos que requieren de cargas excesivas de antibiótico en condiciones deplorables.

Una de estas técnicas en Ecuador que cada vez toma más fuerza es el manejo de los cultivos a través de la recirculación de agua. Esta técnica permite lograr cultivos semi-intensivos y mayores niveles de sobrevivencia.

En esta técnica mantener la calidad del agua, es vital y para ello la parte más importante es el oxígeno disuelto en el agua y lo que hacemos para mantenerlo en niveles que generen un ambiente sano para el Camarón.

La presión que pueden generar los precios sobre los costos de producción nos lleva siempre a pensar en ser cada vez más eficientes en todas las áreas, tanto en la alimentación del camarón, así como en el consumo de energía (sea Eléctrica o Diesel) y esto nos lleva a poner énfasis también en la eficiencia de los equipos de aireación.

II. Aireadores Eléctricos vs. Aireadores Diesel

*Estas apreciaciones están basadas en la práctica del mercado ecuatoriano con piscinas de 1ha en adelante y los productos disponibles en el mismo y más consumidos.

La primera consideración en equipos de aireación, es tratar de reconocer a simple vista que la aireación directa con motores Diesel (comúnmente en el mercado se encuentran como equipos de 16 paletas con motor de 16HP), será siempre más ineficiente que la eléctrica.

Ponemos dos ejemplos sencillos (sin entrar aún en detalles de coeficientes SAE o SOTR):

• Si tenemos un aireador Diesel de 16 paletas que trabaja con 16HP, nuestro consumo por paleta es de 1HP. Si comparamos con uno de 8 Paletas Eléctrico, tenemos un motor de 3HP, es decir 0.38HP por Paleta (263% menos).

Este ejemplo nos lleva también a hacer énfasis que a pesar de que, en Ecuador por una mala costumbre o facilismo, muchos suelen dimensionar la necesidad de aireadores redondeando con la cantidad de HP que se necesitan por piscina, este cálculo es muy grueso, y dista mucho de un cálculo técnico que nos lleve a la eficiencia que buscamos, en donde se debe hablar de Kg de oxígeno disuelto necesarios por piscina y de la energía necesario para lograrlo. Con esto y con la repartición correcta más homogénea en toda la piscina del oxigeno, tanto en el área como en la profundidad, tendremos más claridad sobre los aireadores que necesitamos por piscina.

• Otro ejemplo para notarlo, es considerar que a medida que aumenta el tamaño del motor Diesel, aumenta también la eficiencia del mismo. Los motores pequeños a Diesel, por lo general y sobre todo los que se comercializan en Ecuador de 1 Pistón, no tienen turbocargador o Pos-enfriado, entre otras causas que lo hacen ineficiente. Es decir, si sumamos el consumo de 20 Aireadores de 16HP, el consumo de combustible podría estar alrededor de 6GPH. Si quisiéramos propulsar la misma cantidad de paletas en eléctrico con un Generador eléctrico a Diesel (generador de 100-120kW), es decir la misma cantidad de paletas, solo que, movidas por un Motor Diesel más grande, el consumo estaría en alrededor 3.5GPH. Es decir, casi la mitad. Esto sin considerar el consumo de aceite.

En este caso hay que resaltar que esta configuración en la que se coloca un generador Diesel de hasta máximo 100kW, y se alimentan aireadores eléctricos en un Radio de máximo 400m, es la mejor opción para aireación eléctrica cuando no se cuenta con energía constante y estable de la red pública.

Aireadores Eléctricos vs. Aireadores Diesel

Tabla 1

Nota: en Ecuador se ha vuelto popular también un tipo de aireador, que lo llaman “rotativo”. Es decir que va girando sobre la superficie del agua, alrededor de un eje fijo, con el mismo impulso de las paletas. Este aireador si bien aparenta cubrir un espacio más amplio al girar, pierde mucha energía para impulsarse y pierde también la capacidad de generar en el agua una corriente en una sola dirección que circule alrededor de toda la piscina. Es decir, utiliza la energía del Diesel, más para girar el aireador, que para oxigenar el agua. Esto lo hace ineficiente en su propósito natural. El diseño original de los aireadores, está pensado para que el desplazamiento del agua, con niveles óptimos de oxígeno lo haga la paleta al encontrarse firme en una sola posición, y adicional el viento suma a esa función también.

III. Aireadores Eléctricos.

El principio en la transferencia de oxigeno del aire al agua, consiste básicamente en dos mecanismos:

• La interface entre aire y agua (es decir el área de contacto entre el agua y el aire).
• El tiempo durante el cual entran en contacto.

A esto se pueden sumar otros factores más finos, como la saturación del medio, concentración de oxígeno disuelto, la temperatura, la salinidad, la turbulencia, pero no son materia de este ensayo y no necesitamos abordarlos para el fin que buscamos, pues pesan igual en todos los casos.

En el mercado se pueden encontrar muchas técnicas de aireación y distintos modelos de aireadores eléctricos. Técnicas que hemos probado una y otra vez durante décadas, sin que se haya guardado memoria de lo logrado en investigación empírica, pero efectiva. Desde Venturi instalados en bombas de agua, pasando por el simple rebombeo de agua con caída sobre tablones o aspersión con cañones de riego o boquillas pulverizadoras, o la inyección de oxígeno a través de mangueras con blowers, entre otras.

No pretendemos entrar tampoco en detalles ahora sobre porque muchas de estas técnicas han sido descartadas, o si aún se utilizan son solo como medidas complementarias, pero lo cierto es que no han prevalecido porque en la práctica han sido muy costosas, no son eficientes o eficaces, no son fáciles de aplicar, o generan problemas paralelos, que las vuelven poco atractivas.

Sin embargo, la aireación con equipos flotantes es la que ha prevalecido en todos los países productores de camarón durante años, y entre estos, los equipos de paleta son los que sobresalen.

El aireador de paleta en su concepción correcta debe cumplir con tres mecanismos para lograr una mejor oxigenación de la piscina:

• Mayor altura de elevación de la gota de agua, para así tener mayor tiempo de la gota en contacto con el aire.
• Ampliar la superficie de contacto aire agua (es decir mientras más pequeña sea la gota y más grande la cantidad de gotas, mejor).
• Desplazar el agua ya tratada y traer hacia las paletas agua con bajos niveles de oxígeno.

El aireador de paleta es el que tiene los coeficientes más altos de eficiencia SOTr (kgO2/h) y SAE(kgO2/kWh), dentro de los sistemas más comunes que se puedan encontrar en el mercado. Quizás pueda haber técnicas con coeficientes mayores, pero en la práctica no son aplicables o no cumplen con los tres mecanismos mencionados arriba o son aún muy costosos.

Para el diseño y colocación ideal de los equipos se debe considerar:

• Colocar cerca de puntos críticos, donde se estanca el agua o se concentran más animales (ej: comederos)

• No colocar un gran número de paletas en un solo sitio. Es decir, evitar equipos grandes mayores a 8 paletas (en piscinas muy grandes se pueden recomendar hasta aireadores de 10 paletas). Saturar rápidamente con oxígeno disuelto un área puntual no solo que genera el efecto contrario y baja la eficiencia del proceso, sino que también el área estará limitada en espacio para admitir más animales, por lo que no sirve de mucho trabajar así. Mientras más repartidas estén las paletas en la piscina mejor. Así podemos tener oxígeno disuelto mejor distribuido en la piscina de manera más rápida y no en un solo sector. Es decir, es preferible 4 aireadores de 4 paletas en distintos puntos que 1 de 16 paletas en un mismo sitio. Sin embargo, esto eleva los costos de instalación por lo que, para fines prácticos, se debe buscar un punto intermedio. Aquí se recomiendan los modelos Taiwaneses ZHS-24 4 paletas de ZUZU, o el ZHS-38 8 Paletas de ZUZU.

• En muchos casos se estila la colocación de equipos cerca del perímetro de la piscina de manera que generan una corriente circular y así un sifón hacia el centro de la piscina, para acumular sedimentaciones en el centro y poder retirarlas con mayor facilidad.

• Considerar que la dirección del viento esté en la misma dirección de desplazamiento del agua, para evitar que se contrarresten y al contrario se sumen los efectos.

• Cuando las piscinas son más profundas ( >1m desde espejo de agua), utilizar equipos complementarios a las paletas para lograr el movimiento de agua en capas más profundas. Este caso se recomienda la utilización de equipos como el modelo TORNADO de la marca Taiwanesa ZUZU.

Existen dos formas de airear Gota-Aire o Burbuja-Agua. En ambos casos a groso modo operan los mismos mecanismos en la transferencia.

En general los aireadores más populares del mercado son de procedencia CHINA, BRASIL o TAIWAN. Siendo los de TAIWAN, los de mayor eficiencia, mayor vida útil y mejor costo/beneficio. Entre los cuales sobresale la marca ZUZU, por tener desarrollos especializados para camarón y patentes únicas en el diseño de paletas y el aireador TORNADO.

Aquí la comparación entre los distintos modelos y tipos de aireadores eléctricos:

Tabla 2

IV. Resumen

El propósito de este ensayo, es el de explorar varias técnicas de aireación en la industria camaronera en Ecuador, desde el punto de vista técnico, científico y práctico. Considerando factores, económicos y técnicos, como costo/beneficio, eficiencia o complejidad al momento de la operación o instalación. Una vez exploradas todas las opciones más comunes del mercado, y concluyendo que los aireadores eléctricos de paleta en punta y cucharón, son los más eficientes en especial los hechos en TAIWAN y considerando que en la mayoría de los casos, la falta de infraestructura eléctrica o suministro estable cerca de las fincas de camarón, podemos sugerir como mejor opción:

• Modelo de aireación con autogeneración de energía, separada en módulos con generadores Diesel entre 50kW y 100kW, que cubran un total de aireadores por el 90% de la capacidad del generador en un radio no mayor a 400m.

• Utilizar los aireadores eléctricos de paleta en punta y cucharón. Estos son los más eficientes y más completos en cuanto a los mecanismos que debe lograrse en aireación en piscinas de camarón. Entre 4 y 8 Paletas, distribuidos de manera uniforme en toda la piscina, formando un sifón en el centro de las piscinas. Se sugiere la marca ZUZU de TAIWAN, debido a varios testimonios de productores por tener los mejores resultados en eficiencia y sobrevivencia. Modelos ZUZU ZHS-24 y ZHS-38. La cantidad de aireadores total dependerá de la intensidad de siembre.

• Complementar en piscinas profundas >1m de espejo de agua con aireadores Turbina con centrifuga (se recomienda el modelo TORNADO ZHS-RS26 de ZUZU hecho en TAIWAN)