Diseño y dimensionamiento de centros de cultivo en tierra para postsmolts

Børge Søraas (1), Idar Schei (1), Rune Eriksen (1) (1) AquaOptima AS, Trondheim

Introducción En el último tiempo, el cultivo en tierra de postsmolts de hasta 1 kg se ha transformado en una estrategia de producción relevante. La normativa permite el cultivo de postsmolts de hasta un 1 kg, condicionado por ciertos requisitos. El motivo de este aumento en el interés del cultivo de postsmolts en centros de cultivo en tierra tiene su fundamento en una serie de ventajas comerciales y administrativas. Tanto en lo administrativo como en lo comercial, se espera que esta estrategia de producción proporcione beneficios relacionados con el medio ambiente, incluyendo la acumulación de lodos, entre otros. Asimismo, se espera que el cultivo de postsmolts en tierra firme tenga ventajas relacionadas con la salud y el bienestar de los peces. Informes acerca del porcentaje de pérdida del cultivo en jaulas, muestra que cerca del 20 % de los peces no alcanzan el tamaño para su cosecha. La mayor parte de esta pérdida -brotes de enfermedades e infestaciones de piojos- ocurre en los peces pequeños. Sembrar un salmón de 1 kg tendría una serie de ventajas con respecto a los salmones sembrados actualmente con 60 – 250 g. Cuando se mantiene el pez en tierra hasta el tamaño de 1 kg, el periodo de crecimiento en la jaula desde que es sembrado hasta su cosecha será reducido a 10-11 meses, en vez de los actuales 16-22 meses. Esto significa que estará expuesto durante un periodo más corto a los piojos de salmón, virus y enfermedades bacterianas. Un ciclo más breve de cultivo en el mar también disminuirá el riesgo de escapes, además de aliviar algunas operaciones de trabajo, costosas y de alto riesgo, como la necesidad de cambios de redes durante la fase de mar, la necesidad de clasificación y, además, ninguno o menos tratamientos antiparasitarios. Otras ventajas evidentes, a través de esta estrategia de producción, es el mejor uso de la biomasa máxima autorizada (MTB, por sus siglas en inglés) mediante el aumento de la producción por sitio, además de una mayor flexibilidad respecto de las zonas.

Caso: 1 millón 1 kg/año En este caso analizaremos un centro de cultivo en tierra con sistema de recirculación que anualmente debe producir 1 millón de unidades de salmón de 1 kg. El trabajo para diseñar y dimensionar un centro de cultivo en tierra con sistema de recirculación normalmente se divide en tres etapas. La primera etapa consiste en establecer un plan de producción. Aquí, los componentes importantes serán la temperatura y el factor de crecimiento. La segunda etapa, será crear la logística y el diseño del centro de cultivo que esté de acuerdo con los planes de ingreso y la mecánica de cultivo. Esta etapa demanda una buena comunicación entre el usuario y el proveedor del equipamiento. La tercera etapa, consiste en dimensionar el sistema de tratamiento del agua, sobre la base de las conclusiones realizadas en las dos primeras etapas. Plan de producción Un requisito para el plan de producción, en este caso, es la temperatura determinada en 12-14 °C. Una temperatura moderadamente alta será una ventaja para asegurar una rotación relativamente rápida de los peces ingresados. Sin embargo, no es recomendable tener una temperatura excesivamente alta, para evitar poner en riesgo los parámetros de requerimientos de oxígeno, concentración de CO2 en el agua y salud de los peces. El uso de cualquier calor residual que eventualmente esté disponible, será económicamente beneficioso, aunque generalmente se está lejos de las localidades que pudiesen tener acceso a ello. Para la mayoría de los sitios, será ventajosa la incorporación de aguas profundas, de preferencia provenientes de dos diferentes profundidades, para aprovechar la variación natural de la temperatura. Mediante el uso de agua profunda, la necesidad de calor será satisfecha de forma más constante, así como otorgará beneficios biológicos asociados con una calidad de agua más estable, pocas algas, menos bacterias patógenas y menos parásitos.

El diseño Una vez determinado el plan de producción, se tendrá la base para calcular el tamaño y la cantidad de los estanques, así como lo que resta del diseño. En este caso, se eligieron un total de seis estanques de 750 m3. El propósito de tener estanques tan grandes, es obtener grandes ventajas en el funcionamiento y un costo de inversión reducido por m3 de volumen de cultivo, pero a su vez, contar con la cantidad suficiente de estanques para realizar las selecciones previstas y, por consiguiente, los traslados de peces dentro del centro de cultivo. Supongamos un caso con ingreso de peces esmoltificados de 55 g, puestos en dos estanques de 750 m3. Luego de 13 semanas, será necesario clasificar y distribuir los peces en tres estanques. Los peces tendrán entonces un peso promedio de 300 g. Después de 18 semanas, los peces se distribuirán en cuatro estanques, para evitar que la densidad sea demasiado elevada. Si se desea, se puede clasificar a los peces en ese momento. Los peces estarán en cuatro estanques hasta el momento del traslado a las jaulas. Luego de 24 semanas en el centro de cultivo en tierra, los peces alcanzarán un peso promedio de 1 kg y estarán listos para su traslado al mar. Algunos harán una clasificación durante la transferencia desde el barco a la jaula.

Diseño y dimensionamiento Paso 1: Plan de producción, crecimiento basado en la tabla de Skretting 2012. Paso 2: Diseño, cantidad y tamaño de los estanques, cantidad de divisiones, traslado de los peces. Paso 3: Dimensionamiento del sistema de tratamiento de agua, basado en la alimentación máxima y en los criterios de calidad del agua.

TAN < 1.5mg/l CO2 < 15 mg/l Cambio de agua: 10 -20 % por día

Plan de producción y diseño 12 °C temperatura constante, 55 g- 1 kg en 24 semanas. Cuatro ingresos de peces al año. 261.500 unidades, 55 g por ingreso (5% mortalidad). Seis estanques de 750 m3. Dos estanques desde 55 g a 300 g, 12 semanas. Cuatro estanques desde 300 g a 1 kg, 12 semanas. Densidad máxima: 72 kg/m3. Alimentación máxima: 3.637 kg/día.

El dimensionamiento de los sistemas de tratamiento del agua Para dimensionar el tratamiento del agua, deben tenerse en cuenta tres procesos principales. A) la eliminación de partículas; B) la transformación del amonio en nitrato (nitrificación); y C) la eliminación del CO2. Para estanques grandes como éstos, debe calcularse una etapa de bombeo donde el agua ingresa por gravedad a la eliminación de partículas, a la nitrificación y a la eliminación del CO2. Las bombas están ubicadas bajo el filtro percolador y bombean el agua de regreso al estanque de los peces. En el diseño de AquaOptima, la eliminación de partículas ya comienza a nivel de estanque. Cada estanque está provisto con eliminadores de partículas y colectores de lodo. En un sistema de recirculación, el 50% de este material suspendido se elimina con este sistema eliminador de partículas y demora menos de cinco minutos desde el momento en que la partícula está sedimentada en el fondo del estanque hasta que ingresa al eliminador de partículas y, luego, a un colector de lodo ubicado en la parte externa del estanque. Eliminar una parte tan grande de las partículas en esta etapa, significará un gran ahorro en la siguiente etapa del tratamiento, debido a que se puede disminuir el tamaño de los componentes para el tratamiento del agua. Para la eliminación adicional de pequeñas partículas de materia suspendida, a menudo se selecciona un filtro Salsnes. Luego de la eliminación de partículas, el agua ingresará al Biofiltro para la transformación del amonio. En los últimos años, AquaOptima ha trabajado en conjunto con KrügerKaldnes sobre el uso del principio de tecnología MBBR como biofiltro. Éste, normalmente tiene dos cámaras que están llenas de un biomedio de superficie amplia. El dimensionamiento del biofiltro se hizo calculando la superficie de biomedia requerida por las bacterias capaces de transformar el amonio en nitrato. La información sobre dicha velocidad de transformación puede encontrarse en los artículos de investigación previamente publicados. La capacidad de las bacterias para la descomposición del amonio depende del contenido de proteínas del alimento, de la temperatura y de la salinidad. El criterio principal para este cálculo es dimensionar el biofiltro de tal manera que el nivel de nitrógeno amoniacal total (TAN, por sus siglas en inglés) sea menor que 1,5 mg/l en el estanque de peces. El flujo de agua y el tiempo de permanencia en el estanque de peces, también son factores importantes en este cálculo. La eliminación del CO2 se realiza mediante un filtro percolador tradicional. El Bio-blok es un medio adecuado para este propósito y, para la eliminación eficiente del CO2, es importante contar con un buen suministro de aire. Para el cálculo de las dimensiones correctas del sistema de aireación, al igual que en el biofiltro, será necesario tener en cuenta la biomasa del estanque, la cantidad de alimento, el consumo de O2 y el flujo de agua. El sistema se dimensiona de modo que el valor máximo en el estanque de peces esté por debajo de los 15 mg/l. La cantidad necesaria de agua para mantener este valor límite, o si se calcula el tiempo de permanencia en el estanque, sería de 37 min cuando el centro de cultivo opera en su capacidad máxima.

Dimensionamiento del tratamiento de agua Biofiltro: Seleccionar el mismo sistema para ambas cámaras. MBBR™: K3 chip, 355 m3.Volumen del reactor: 710 m3 dividido en dos cámaras. Superficie: aprox. 175 m2. CO2: Bio-Blok 80, Cuatro capas– superficie: aprox. 78 m2. 36 / 37,5 min de permanencia en el estanque. Cantidad máxima de agua: 7.125 m3/h. Oxigenación: oxigenador por estanque.

Economía La construcción de un centro de cultivo en tierra evidentemente implica una inversión mayor comparado con el cultivo en jaulas abiertas. Como ejemplo del presupuesto de un centro de cultivo en tierra para salmón con sistema de recirculación, AquaOptima diseñó y entregó centros de cultivo en tierra para el cultivo del salmón Atlántico en China, con una capacidad de 1.000 toneladas por año. La inversión total fue cercana a los NOK 7.500 (US$ ~1.200) por m3 de volumen de cultivo. Convertido a condiciones noruegas esto equivale a unos NOK 10.000 (US$ ~1.500) por m3. Una observación importante es que en un centro de cultivo con base en tierra como éste, la densidad de los peces puede ser hasta tres veces mayor que aquella utilizada en los sistemas abiertos. De esta manera, el costo de inversión podrá prorratearse en una mayor producción de biomasa. El costo de bombeo y el consumo de oxígeno significarán un mayor costo de producción comparado con el cultivo en jaulas. El costo de energía para el bombeo de agua, el calentamiento del agua y la producción de oxígeno representan cerca de un 10% del costo de producción para este tipo de centro de cultivo. Sin embargo, se espera que la reducción en las pérdidas, la mejora en la salud de los peces, la simplificación del uso de los sitios y de la operación y el mejor aprovechamiento de la MTB, harán que el resultado final sea ventajoso aplicando esta estrategia de producción.