La camaronicultura intensiva y semi-intensiva enfrenta un desafío constante: mantener niveles óptimos de oxígeno disuelto (OD) en los estanques. La aireación mecánica, si bien es indispensable, representa uno de los mayores costos operativos, llegando a consumir hasta el 95% de la energía total de una granja. La operación manual e ineficiente de los equipos no solo eleva los gastos, sino que también pone en riesgo la producción.
Un reciente artículo de revisión publicado en Aquacultural Engineering explora una solución integral que podría cambiar este paradigma. La investigación, liderada por P. Jayraj del Indian Institute of Technology, analiza cómo la combinación sinérgica de tres tecnologías —diseño optimizado por CFD, automatización con Internet de las Cosas (IoT) y el uso de energía solar— puede transformar los tradicionales aireadores de paletas en herramientas de alta eficiencia para una camaronicultura verdaderamente sostenible.
El problema de la aireación tradicional
En la acuicultura intensiva, la gestión del OD es crítica. Niveles por debajo de 5 mg/L pueden causar estrés en los camarones, reducir su apetito y, en casos extremos, provocar mortalidades masivas. Los aireadores de paletas son la herramienta más popular para esta tarea, especialmente en Asia, debido a su eficacia para oxigenar y circular el agua.
Sin embargo, su operación es a menudo un ejercicio de «más vale que sobre a que falte». Muchos productores operan los aireadores de forma continua o durante largos períodos basándose en la experiencia, lo que resulta en un consumo energético desmesurado. Un estudio en Tailandia, por ejemplo, estimó que los aireadores pueden operar unas 20 horas al día, acumulando un consumo de hasta 36,000 kWh por ciclo de cultivo. La clave, entonces, no es solo airear, sino hacerlo de manera inteligente.
Una solución en tres frentes tecnológicos
El artículo de revisión propone que la verdadera optimización no proviene de una sola mejora, sino de la integración de tres campos tecnológicos avanzados.
Diseño superior a través de la dinámica de fluidos computacional (CFD)
No todos los aireadores de paletas son iguales. Su eficiencia, medida como la Tasa de Transferencia de Oxígeno Estándar (SOTR) y la Eficiencia de Aireación Estándar (SAE), varía enormemente según el diseño de sus palas. El estudio destaca que la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) es una herramienta precisa para modelar el flujo de agua y la distribución de oxígeno, permitiendo optimizar la forma, el ángulo y el número de palas para maximizar la interacción aire-agua y minimizar el consumo de energía.
La investigación muestra diferencias notables:
- Diseños estadounidenses (tipo espiral): Exhiben una mayor eficiencia, con valores de SAE que pueden alcanzar de 2.02 a 2.9 kgO₂/kW-h.
- Diseños taiwaneses: Aunque son más económicos y populares en Asia, su eficiencia es considerablemente menor, con SAE de 0.78 a 1.18 kgO₂/kW-h en diseños tradicionales.
- Modificaciones con CFD: Estudios que utilizaron CFD para optimizar las palas, por ejemplo, con un diseño acanalado, lograron elevar la SAE hasta 2.72 kgO₂/kW-h, demostrando el potencial de esta técnica para mejorar drásticamente el rendimiento.
Operación precisa y automática con internet de las cosas (IoT)
Operar un aireador solo cuando es estrictamente necesario es la forma más directa de ahorrar energía. La tecnología de Internet de las Cosas (IoT) hace esto posible al pasar de una gestión basada en la experiencia a una gestión basada en datos.
Un sistema IoT para la acuicultura consiste, en su forma más básica, en:
- Capa de percepción: Sensores que miden en tiempo real parámetros como el OD y la temperatura.
- Capa de red: Conectividad (Wi-Fi, LoRa, etc.) que transmite los datos.
- Capa de aplicación: Una plataforma en la nube o una aplicación móvil que procesa los datos y permite al productor monitorear y controlar los actuadores (el aireador).
El estudio cita un experimento revelador donde un sistema de aireación automatizado, que se activaba solo cuando el OD caía por debajo de un umbral, consumió 137 kW-h, en comparación con los 702 kW-h de un sistema controlado manualmente que operaba 12 horas cada noche. Ambos sistemas mantuvieron condiciones de estanque y productividad de camarón similares. Esto representa un ahorro energético superior al 80% sin sacrificar el rendimiento del cultivo.
Independencia y sostenibilidad con energía solar
Para romper la dependencia de la red eléctrica y sus costos fluctuantes, la energía solar fotovoltaica (PV) es la pieza final del rompecabezas. La integración de paneles solares para alimentar los aireadores no solo reduce los gastos operativos, sino que también minimiza el impacto ambiental.
Un avance clave mencionado en el estudio es el reemplazo de los motores de corriente alterna (AC) convencionales por motores de corriente continua sin escobillas (BLDC). Los motores BLDC son más eficientes energéticamente y su control es más sencillo a través de microcontroladores, lo que los hace ideales para sistemas alimentados por energía solar y controlados por IoT. Aunque ya existen prototipos, la investigación subraya la necesidad de desarrollar motores BLDC de 1 a 2 hp, que es la potencia que los productores comerciales realmente utilizan.
Brechas y el camino hacia el futuro
A pesar del enorme potencial, la revisión concluye que la mayoría de las investigaciones se han realizado de forma fragmentada. Existen estudios sobre optimización con CFD, otros sobre prototipos de IoT y algunos sobre energía solar, pero falta una investigación integral que combine las tres tecnologías en un solo sistema de aireador de paletas comercialmente viable.
El futuro de la aireación inteligente va aún más allá. El documento señala la necesidad de explorar la aplicación de Machine Learning (ML) y la Inteligencia Artificial (IA). Estos sistemas podrían analizar los datos recopilados por el IoT para predecir tendencias de agotamiento de oxígeno y ajustar la operación de los aireadores de forma proactiva, llevando la eficiencia a un nivel completamente nuevo.
En conclusión, la integración de CFD, IoT y energía solar ofrece una vía clara para mejorar la eficiencia, reducir los costos y aumentar la sostenibilidad y rentabilidad de las operaciones de cultivo de camarón. El desarrollo y la validación de estos sistemas integrados no es solo una oportunidad de investigación, sino una necesidad para la evolución de la industria acuícola mundial.
Contacto
P. Jayraj
Agricultural and Food Engineering Department, Indian Institute of Technology
Kharagpur, India.
Email: jayrajp@agfe.iitkgp.ac.in
Referencia (acceso abierto)
Jayraj, P., Sahoo, S., Jana, P., & Prem, R. (2025). CFD Optimised Solar Powered IoT Integrated Paddlewheel Aerator for Sustainable Shrimp Farming – A Review. Aquacultural Engineering, 102583. https://doi.org/10.1016/j.aquaeng.2025.102583
Editor de la revista digital AquaHoy. Biólogo Acuicultor titulado por la Universidad Nacional del Santa (UNS) y Máster en Gestión de la Ciencia y la Innovación por la Universidad Politécnica de Valencia, con diplomados en Innovación Empresarial y Gestión de la Innovación. Posee amplia experiencia en el sector acuícola y pesquero, habiendo liderado la Unidad de Innovación en Pesca del Programa Nacional de Innovación en Pesca y Acuicultura (PNIPA). Ha sido consultor senior en vigilancia tecnológica, formulador y asesor de proyectos de innovación, y docente en la UNS. Es miembro del Colegio de Biólogos del Perú y ha sido reconocido por la World Aquaculture Society (WAS) en 2016 por su aporte a la acuicultura.
