Los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) han surgido como una alternativa sostenible y eficiente a las prácticas de acuicultura tradicionales. Sin embargo, mantener una temperatura estable y uniforme es fundamental para el éxito de la cría de larvas de peces en tanques de acuicultura. La estratificación térmica, en la que la temperatura varía significativamente en todo el estanque, puede afectar negativamente la salud, el crecimiento y la productividad general de los peces.
Los investigadores de la Nanjing Normal University, de Jiangsu Yongsheng Air Conditioner Co., Ltd., de China Construction Installation Group Co., Ltd., y de The Australian National University han explorado formas de optimizar los patrones de flujo de agua dentro de los tanques de acuicultura con recirculación para lograr una mejor distribución de la temperatura.
Comprensión de la estratificación térmica en RAS
La estratificación térmica se produce debido a las diferencias en la temperatura del agua a distintas profundidades dentro del estanque. El agua más cálida tiende a flotar en la parte superior, mientras que el agua más fría se hunde hasta el fondo. Esta distribución desigual de la temperatura puede generar estrés para los peces, ya que pueden experimentar cambios repentinos de temperatura al moverse entre diferentes capas. Además, la estratificación térmica puede afectar los parámetros de calidad del agua y obstaculizar el ciclo de nutrientes.
Factores que influyen en la estratificación térmica
Varios factores contribuyen a la estratificación térmica en los RAS:
- Configuración de las tuberías de suministro de agua: El diseño, la tasa de perforación y los ángulos de curvatura de las tuberías de suministro de agua pueden afectar significativamente los patrones de flujo de agua y la distribución de la temperatura.
- Condiciones ambientales: Factores externos como la temperatura ambiente, la humedad y la radiación solar pueden influir en el entorno térmico dentro del RAS.
- Diseño del estanque: La forma, el tamaño y la profundidad del estanque pueden afectar la circulación del agua y la distribución de la temperatura.
El estudio: Optimización del diseño de tuberías de suministro de agua
El estudio se centró en un tanque de acuicultura con recirculación y empleó una combinación de experimentos de un solo factor y ortogonales. Los investigadores investigaron la influencia de cuatro factores clave en el flujo de agua y la distribución de la temperatura:
- Disposición de la tubería de suministro de agua
- Ángulo de curvatura de la tubería
- Tasa de perforación (porcentaje de agujeros en la tubería)
- Condiciones ambientales
Evaluación de la distribución de la temperatura
Se utilizaron tres indicadores clave para evaluar la distribución de la temperatura en varias configuraciones de tuberías de suministro de agua:
- Uniformidad de temperatura en todo el estanque
- Fluctuaciones de temperatura a lo largo del tiempo
- Diferencias de temperatura entre el agua superficial y la del fondo
Resultados y configuraciones óptimas de tuberías
El estudio identificó dos configuraciones óptimas de tuberías de suministro de agua:
- Estructura óptima I (experimentos de un solo factor): Esta configuración implicó una disposición de tuberías de 2,5 metros, una tasa de perforación del 50% y un ángulo de curvatura de 60 grados.
- Estructura óptima II (experimentos ortogonales): Esta configuración utilizó una disposición de tuberías de 1,25 metros, una tasa de perforación del 75% y un ángulo de curvatura de 30 grados.
Rendimiento estacional
Ambas estructuras óptimas exhibieron fluctuaciones de temperatura durante el verano. Sin embargo, la Estructura II demostró una diferencia de temperatura promedio más baja durante la temporada de invierno, lo que indica una mejor adaptabilidad a los meses más fríos. Además, la Estructura II proporcionó temperaturas más altas para áreas poco profundas que superaban los 600 mm de profundidad, lo que la hacía más adecuada para el cultivo de larvas de peces.
Dispositivos locales para una mayor mejora
El estudio también exploró la eficacia de los dispositivos locales dentro del estanque para minimizar aún más las variaciones de temperatura. Estos dispositivos redujeron con éxito las fluctuaciones de temperatura en un 17,5%.
Consumo de energía
Los investigadores evaluaron el consumo de energía para diferentes condiciones operativas. La Estructura II mostró el consumo de energía más bajo durante la temporada de verano. Sin embargo, su consumo invernal aumentó alrededor de un 12%, lo que destaca el potencial de un ahorro de energía significativo en los estanques de acuicultura durante el invierno a través del diseño optimizado del flujo de agua.
Conclusión
Este estudio ofrece información valiosa para optimizar los patrones de flujo de agua en estanques de acuicultura con recirculación. Al implementar tuberías de suministro de agua diseñadas estratégicamente y potencialmente usar dispositivos de control de temperatura local, los acuicultores pueden crear un entorno de temperatura más uniforme y estable para la crianza óptima de larvas de peces, promoviendo un crecimiento y supervivencia exitosos durante todo el año y minimizando el consumo de energía.
El estudio fue financiado por Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province, China; y de la Australian Renewable Energy Agency (ARENA) como parte del ARENA’s Transformative Research Accelerating Commercialisation Program.
Contacto
Zhongbin Zhang
School of Energy and Mechanical Engineering, Nanjing Normal University
Nanjing, Jiangsu 210023, China
Email: zhangzhongbin@njnu.edu.cn
Referencia
Zhang, Y., Geng, Y., Zhang, Z., Dai, Y., Zhang, H., & Wang, X. (2024). Optimization of water supply parameters for enhanced thermal uniformity in aquaculture ponds: An experimental study based on orthogonal experimental design. Aquacultural Engineering, 107, 102464. https://doi.org/10.1016/j.aquaeng.2024.102464
