Aireación con Difusores de Microburbujas de Cerámica

2.370 Visitas

Una de las tecnologías más antiguas conocidas por la humanidad es el uso de cerámica. Durante unos 25,000 años, los materiales de arcilla cerámica han sido tomados de la tierra, formados, quemados y usados por humanos con el propósito de hacer cerámica para almacenar alimentos, agua, hornos para cocinar y fundir metales para convertirlos en herramientas y armas. La tecnología de la cerámica ha avanzado significativamente en las últimas décadas.

El desarrollo de cerámicas de alta temperatura para transbordadores espaciales, aislantes eléctricos, chalecos antibalas, articulaciones artificiales de cadera y superconductores para electrónica han tenido un gran impacto en el avance de la tecnología general de la civilización. Desafortunadamente, muy poco se ha hecho en los últimos 30 años para mejorar los difusores tradicionales de microburbujas de cerámica para la acuicultura.

Desde la invención de una bomba de aire mecánica en 1908, la cual abrió las puertas a la aireación de los sistemas acuáticos, sólo se inventaron piedras de aire tradicionales. Estos fueron confeccionados de madera o piedras porosas.

Aunque la acuicultura ha avanzado en los últimos años y se ha comprobado que los métodos más comunes utilizados para la aireación son energéticamente intensivos (ruedas de paletas) o ineficientes debido a la formación de burbujas grandes de las mangueras porosas o incluso difusores de membrana: Los costos de estos equipos pronto superará los costos operativos a largo plazo, además del despilfarro de electricidad y oxígeno. Desafortunadamente, estos métodos de aireación todavía son populares y están disponibles debido a anuncios engañosos, infraestructura insuficiente y posible falta de financiación para actualizar a una técnica moderna muy práctica.

En la década de 1980, con los avances en la cerámica porosa industrial para filtración de agua y catalizadores, se desarrollaron difusores de microburbujas para abordar la necesidad de una aireación más eficiente y confiable en la acuicultura. La capacidad de almacenamiento de peces está limitada principalmente por la disponibilidad de oxígeno y, por lo tanto, se necesita un sistema confiable para aumentar los niveles de oxígeno.

Estos difusores de cerámica rectangulares recientemente desarrollados se han utilizado tradicionalmente en granjas acuícolas intensivas, con el objetivo de airear el agua de forma efectiva durante el transporte de peces, como sistema de respaldo cuando hay una bomba o falla de energía, o simplemente para aumentar los niveles de oxígeno disuelto (OD): p.ej durante la alimentación o períodos de calor, momento  en que los peces requieren más oxígeno y los niveles de OD caen.

Este nuevo tipo de difusor cerámico mostró, en comparación con otros métodos de aireación, una forma muy eficiente de aumentar los niveles de OD, pero carecían de durabilidad. Las cerámicas son muy rígidas y, por ende, son propensas a romperse por sobre presión o caída accidental durante el manejo. Los poros cerámicos tienden a obstruirse con el crecimiento de algas a lo largo del tiempo, lo que disminuye el rendimiento. Además, estos difusores muestran fallas debido a la corrosión de la base de aluminio y accesorios de latón, que aún se utilizan hasta la fecha para albergar la membrana de cerámica para algunos difusores populares diseñados hace más de 30 años.

Desafortunadamente, en los últimos años, algunas de las principales marcas de difusores han otorgado a la cerámica una mala reputación en la industria de la acuicultura. La calidad de una marca se deterioró significativamente desde que subcontrató su fabricación. Otra marca importante, una versión más barata comercializada por muchos proveedores de equipos corporativos, tiende a romperse espontáneamente. Esto trajo como resultado en que algunos acuicultores elijan métodos de oxigenación alternativos y algo controversiales.

Los difusores de cerámica Enviro se desarrollaron con una larga vida útil y eficiencia de aireación en mente. Además, desafía el diseño de difusores de cerámica rectangulares simples. Desde 2010, Enviro Ceramic ha estudiado e identificado continuamente las características claves que se requieren para optimizar la eficiencia de los difusores y ha abordado algunas de las principales causas de fallas durante el uso.

Optimización de la Eficiencia

Eficiencia significa reducir las pérdidas. Las pérdidas de los difusores se miden en el consumo de oxígeno vs mantenimiento de niveles seguros de OD para los peces y todo esto se mide en relación con los costos de energía. La optimización del rendimiento del difusor se puede lograr ajustando la cerámica para producir burbujas lo más pequeñas posibles y sus características generales de diseño.

Estos incluyen: cuanto menor es la burbuja generada, mayor es su capacidad de absorción de gases en el agua, aumentando de manera eficiente los niveles de OD. El tamaño de la burbuja depende principalmente del tamaño de los poros cerámicos, del número de poros por área dada, de su distribución sobre su superficie y además de la tensión superficial entre la superficie de la cerámica y la interfaz del agua.

“Encontramos evidencia muy interesante sobre cómo la porosidad y sus tamaños, así como la naturaleza hidrofílica de la cerámica, influye en los tamaños de burbuja generadas”, apuntó Kurt Holzträger, Director de Marketing de Enviro Ceramic. “La tensión superficial asegura que el agua se desprenda de la burbuja recién formada y se adhiera a la superficie de cerámica. Cuanto más rápido se libera de la superficie, más pequeña permanece. Esto también se puede observar con corrientes laterales de agua, las cuales reducen en gran medida el tamaño de la burbuja “.

“Otro factor importante es el tamaño de los poros: cuanto más pequeños son los poros de las cerámicas, más pequeñas son las burbujas generadas. Hemos analizado nuestra cerámica en comparación con el material de algún competidor con sofisticados equipos de medición de porosidad “.

Se encontró que la cerámica ECD no solo tiene un mayor porcentaje de poros por área de superficie dada, sino también los poros más pequeños de 0.5 micras. El ECD no solo genera burbujas más pequeñas, sino que también genera una cantidad óptima de burbujas por área, ya que necesita menos presión para alcanzar un caudal determinado.

La medición del tamaño de las burbujas es un tema muy técnico y actualmente no existen estándares para probar el tamaño de las burbujas de los difusores. El método de prueba más común es con una cámara de alta velocidad y las imágenes resultantes de las burbujas se miden utilizando un software sofisticado para determinar los tamaños y la distribución de las burbujas a diferentes alturas en el agua. “Hemos analizado nuestros tamaños de burbuja con una cámara de alta velocidad y descubrimos que tienen un promedio de 125 micras a una profundidad de agua de 40 cm.

Desafortunadamente, el software no pudo determinar los tamaños de burbuja por debajo de 50 micras, ya que algunas burbujas estarán en el rango de tamaño Nano (menos de 1 micrón). “Se están realizando nuevas pruebas independientes con tecnología más precisa para determinar nuestra distribución del tamaño de burbuja y esto se publicará tan pronto como esté disponible”.

Enviro Ceramic se ha alejado del diseño rectangular tradicional de los difusores comunes disponibles en el mercado. Esta forma rectangular se utiliza principalmente porque es más fácil presionar las baldosas de cerámica y se pueden fabricar grandes volúmenes a bajo precio con poco esfuerzo. Enviro Ceramic utiliza una técnica única de formación de cerámica donde las cerámicas técnicas diseñadas de forma compleja, se pueden moldear sin la necesidad de mecanizar la cerámica antes de la cocción. “Hemos invertido mucho tiempo en ideas innovadoras en nuestro diseño y después de muchas discusiones surgió el diseño de rosquillas”: este novedoso diseño patentado genera una elevación de aire de agua en la corriente de gas a través del orificio central. Este concepto mueve el agua anaeróbica del piso del tanque para ser aireada, aumentando la eficiencia. Esto es algo que las formas rectangulares nunca pueden alcanzar físicamente.

Un factor importante para aumentar la eficiencia es tener la configuración correcta, siguiendo las instrucciones y especificaciones recomendadas para el usuario. La instalación ideal para los difusores es tener equipos de soporte de buena calidad. Un generador de oxígeno o botellas de oxígeno (para respaldo) con un regulador reductor de presión alimenta oxígeno a una válvula de magneto solenoide. Esta válvula está conectada a un controlador que tiene un sensor de oxígeno óptico en el agua, el cual monitorea los niveles de OD.

Cuando los niveles de OD caen por debajo del valor establecido, el controlador envía una señal para abrir la válvula de solenoide y el oxígeno fluye a través de los medidores de flujo hacia los difusores. Los difusores bombean oxígeno en el agua y, una vez que se ha alcanzado la saturación requerida, el sensor de OD le indica al controlador que apague la válvula de solenoide. Esto mantiene el oxígeno a un nivel óptimo, minimiza el desperdicio y garantiza condiciones seguras para una acuicultura rentable.

Abordar las fallas del difusor

La cerámica, al igual que la vajilla, se romperá si se cae. Los difusores de micro burbujas de cerámica deben ser capaces de soportar condiciones difíciles bajo el agua y durante el mantenimiento de rutina. Varios factores afectan la vida de un difusor. “Hemos identificado problemas de falla del difusor”, explica Holzträger, “y los resolvemos mediante la aplicación de recursos a nuestro producto”.

Aquí algunos ejemplos: la corrosión galvánica es una reacción electroquímica que se produce cuando dos metales diferentes entran en contacto en presencia de un electrolito: p. agua salada. Los difusores más populares comercializados hasta la fecha están hechos con metales diferentes. Se utiliza una carcasa de aluminio con accesorios de latón para conectores de manguera. El aluminio es anódico y se corroe (incluso si está recubierto con epoxi), mientras que el bronce actúa como un cátodo. Esto asegura que la corrosión destruya la carcasa con el tiempo. Enviro Ceramic ha abordado esto utilizando solo accesorios de acero inoxidable de grado marino y una carcasa de resina para superar este problema por completo.

Obstrucción de poros. Los microbios pronto “anidan” en la estructura porosa de un difusor cerámico bajo el agua, especialmente cuando no están en uso regular. Estos microbios y algas pronto bloquean los poros ultrafinos y con el tiempo se forman menos burbujas en la superficie. Finalmente, el difusor mostrará una reducción drástica en la velocidad de flujo con la misma cantidad de presión utilizada. Se requiere una limpieza regular dependiendo de la calidad del agua.

La limpieza de los difusores de cerámica ordinarios requiere mucha mano de obra y el manejo adicional siempre tiene el riesgo de que los difusores se caigan y se rompan. Enviro Ceramic ha abordado este problema mediante el desarrollo de una novedosa cerámica inerte que es antimicrobiana, protegiendo los poros cerámicos desde dentro. Esta tecnología cerámica única ha demostrado que el crecimiento de algas se reduce significativamente en la superficie, lo que reduce considerablemente el mantenimiento de la limpieza.

El efecto martillo de agua se produce cuando el agua se presuriza repentinamente en un espacio confinado y la fuerza resultante puede romper su recipiente. Todos los difusores de cerámica son huecos por dentro para distribuir los gases uniformemente sobre la superficie de cerámica, logrando así una dispersión uniforme de las burbujas. Cuando no se utiliza el difusor, el agua se filtra a través de la membrana de cerámica porosa y llena el vacío dentro del difusor. Las válvulas solenoides se utilizan comúnmente para controlar la apertura y el cierre del suministro de gas a los difusores.

La repentina descarga del gas presurizado en el interior del difusor lleno de agua al abrir la válvula de solenoide, puede causar el efecto del martillo y romper la cerámica y / o su carcasa. Si la cerámica es más débil que esta presión y las fuerzas del martillo se romperá. Es esencial usar reguladores de presión ajustados al ajuste recomendado por el fabricante del difusor y emplear una válvula de liberación de sobrepresión de emergencia. Los productores ahora tienden a purgar el difusor cada pocos minutos, durante unos segundos, para mantener el agua fuera. Este método se configura fácilmente para ejecutarse automáticamente con un controlador decente. “Sin embargo, hemos encontrado que algunos clientes no usan esta tecnología y, por ende, estamos en el proceso de desarrollar una técnica novedosa para superar estas fallas causadas por la presurización excesiva y el efecto de martillo de agua” .

Nuestro objetivo es mejorar continuamente nuestros difusores y estamos trabajando con algunas de las principales universidades y empresas de tecnología, así como con piscifactorías de todo el mundo para mantener soluciones innovadoras prácticas.

Estamos utilizando la tecnología cerámica moderna y la ciencia para maximizar las capacidades del difusor al siguiente nivel. Nuestro objetivo es que los clientes no tengan “ningún argumento” sobre qué sistema de aireación se debe elegir. Con el apoyo de aquaFUTURE e.K. nuestros productos se comercializan con éxito internacionalmente y los agentes de apoyo están disponibles en varias regiones cercanas a usted.

Autor: Dietmar Firzlaff, aquaFUTURE, USA

Fuente: International Aquafeed

Deja un Comentario

avatar
  Subscribe  
Notificarme de