Sistemas de Cultivo

¿Cómo estimar la demanda de energía de un RAS para el cultivo del salmón?

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By Milthon Lujan

Los Sistemas de Recirculación para la Acuicultura (RAS) han ganado mucha atención como el sistema de cultivo con mayor potencial para producir pescado en tierra de forma sostenible.

Los requerimientos de agua dulce es mucho menor en los RAS debido a que el agua es recirculada y tratada, limitando de esta forma las emisiones de efluentes.

No obstante, para el buen funcionamiento de los RAS se requiere un grupo de equipos. Lo que resulta en una elevada inversión en capital, el mismo que puede ser mitigado por la producción a gran escala e intensiva.

Un equipo de científicos de la Western Norway University of Applied Sciences modeló, validó y simuló un sistema de recirculación en acuicultura (RAS) para estimar la demanda de energía de los RAS y sus principales componentes.

“El modelo híbrido propuesto en Matlab y Aspen HYSYS simula la etapa de crecimiento de post-smolts de salmón del Atlántico por un período de 15 semanas, hasta que están listos para su traslado a las jaulas”, destacaron los científicos.

Demanda de energía de los RAS

La necesidad de un rango de equipos para controlar la calidad del agua hace de los sistemas de recirculación en acuicultura una práctica acuícola intensiva en energía. Comparado con otros sistemas de acuicultura, el RAS es el método más intensivo en energía, por masa de pescado producido.

En las Evaluaciones del Ciclo de Vida (LCA), la demanda de energía de los RAS fue 1.4 – 1.8 veces más alta que en los sistemas de flujo abierto. Otro estudio comparativo de LCA muestra que la demanda de energía específica por unidad de masa de pescado producido en sistemas de flujo abierto fue de 2.55 kWh/kg, mientras que en RAS fue varias veces más alto, en 19.6 kWh/Kg.

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Aún cuando los sistemas de recirculación para la acuicultura son claramente más demandantes de energía, las estimaciones de la demanda presentan un amplio rango de valores.

Evaluación de Matlab – Aspen HYSYS para la simulación del RAS

Modelar el circuito de tratamiento del agua recirculante en Aspen HYSYS es un método viable para la simulación del RAS. Los paquetes integrados de ecuaciones y operaciones unitarias facilitan en gran medida la resolución de procesos con interacción de fase gas-líquido, como el aireador y los conos de oxígeno.

“La simulación no muestra problemas de estabilidad ni de convergencia, pero la operación RAS simulada tiene fluctuaciones limitadas, sin variaciones diurnas. La alimentación de los peces y la iluminación de los tanques son continuas y la temperatura del agua se regula con la introducción de agua dulce”, reportaron.

Según el estudio, el resultado es un RAS que opera mayoritariamente en estado estacionario, excepto para el bypass de conos de oxígeno regulados y para el caso con flujo de agua recirculante ajustado.

“El método y las herramientas presentadas aquí dan resultados satisfactorios para esta simulación cuasi-dinámica, pero se debe tener precaución cuando se implementa en sistemas dinámicos con fuertes variaciones diurnas”, informaron.

Demanda de energía del RAS

De acuerdo con el estudio, en términos absolutos, el modelo RAS tiene una demanda total de energía de 4.933 MWh/día al inicio, que permanece constante hasta que la bomba de los conos de oxígeno es encendida. Luego el RAS finaliza con una demanda total de energía de 6.955 MWh/día.

La energía necesaria para operar un sistema de recirculación en acuicultura desde el inicio hasta el final de la fase de crecimiento es de 663.8 MWh.

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Por otro lado, la demanda específica de energía del RAS simulado es 9.586 kWh/kg. Al menos un tercio de la energía es dedicada a cubrir los requerimientos de energía termal del agua dulce.

Las bombas de recirculación representan el 22.6% de la demanda total de energía para todo el período. Si se incluye la bomba de los conos de oxígeno, todas las bombas son responsables del 45.48% de toda la demanda de energía.

Demanda de energía con el flujo de agua ajustado

“Desde una perspectiva de energía, el ajuste del flujo de agua del RAS es una opción viable para reducir la demanda. La demanda de energía del RAS fue reducida en 7.92% cuando el flujo del agua fue ajustado”, destacan los científicos.

Sin embargo, ajustar el flujo del agua afecta directamente la calidad del agua en los tanques de los peces. “Cuando la recirculación del agua disminuye, la calidad del agua se reduce”.

De acuerdo con los investigadores, la demanda de energía de los RAS puede reducirse si los límites establecidos para los parámetros de calidad del agua en los tanques de los peces son menos estrictos.

Conclusión

“El estudio demuestra la viabilidad de Aspen HYSYS para la modelación y simulación de los sistemas de recirculación en acuicultura de Matlab. Para conocimiento de los autores, es la primera vez que un RAS, o parte, es modelado y validado en Aspen HYSYS”, destacan.

El costo energético específico para el crecimiento de los post-smolts de salmón del Atlántico es 9.589 kWh/kg. “En total, la demanda de energía del RAS para toda la operación de crecimiento es de 663.8 MWh”, concluyen.

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El estudio fue financiado por Research Council of Norway y Western Norway University of Applied Sciences.

Contact
Gerard Ayuso-Virgili
Department of Mechanical and Marine Engineering
Western Norway University of Applied Sciences
Inndalsveien 28, 5063 Bergen, Norway
Email: Gerard.Ayuso.Virgili@hvl.no

Referencia (acceso libre):
Gerard Ayuso-Virgili, Leila Jafari, David Lande-Sudall, Norbert Lümmen. 2023. Linear modelling of the mass balance and energy demand for a recirculating aquaculture system, Aquacultural Engineering, Volume 101, 2023, 102330, ISSN 0144-8609, https://doi.org/10.1016/j.aquaeng.2023.102330.

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