Presentación - dinara

INGENERÍA DE CULTIVOS MARINOS Y DULCEACUÍCOLAS
CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA EN ACUICULTURA
Daniel Conijeski
Ingeniero en Acuacultura
Av. De Las Américas, Carrasco Country, Calle No.2, Casa # 4254,
Canelones, CP 14000, Uruguay.
: +598 94 067044
: daniel@caviaruruguay.com
danielconijeski@hotmail.com
Plan Nacional de Desarrollo de la Acuicultura (PLANDAC)
Proyecto TCP/URU/3101
– Agosto 2008 –

Contenido
1. ¿Qué es la Ingeniería en Acuicultura?
2. Introducción a los sistemas de producción intensiva
3. Consideraciones ambientales para el cultivo de peces.- Normas de calidad de
agua
3.1. Procesos bioquímicos que afectan la calidad del agua en sistemas de
cultivo intensivos
4. Cálculo de flujos hidráulicos (caudal) en un sistema de cultivo intensivo.–
Ecuaciones de balance másico
4.1. Índices de recambio de agua de un sistema
4.2. Tasas metabólicas en cultivo de peces
4.2.1. Tasas de crecimiento
4.2.2. Tasas de alimentación
4.2.3. Tasas de respiración y excreción de amonio
5. Dinámica de fluidos y bombeo de agua
5.1. Propiedades físicas del agua
5.2. Tipo de flujo
5.3. Ley de conservación de la masa (Ecuación de continuidad)
5.4. Ley de conservación de la energía (Ecuación de Bernoulli)
5.5. Cálculo de pérdidas por fricción
5.6. Cálculo de potencia de bombeo
6. Sistemas de aireación y oxigenación
6.1. Tasa de transferencia de oxígeno.- Cálculo del coeficiente de
transferencia KLa
6.2. Evaluación del rendimiento de un aireador.- Cálculo de SOTR y SAE
6.3. Cálculo de los requerimientos de aireación en sistemas de cultivo
6.3.1. Consideraciones de los factores de corrección α y β
6.3.2. Cálculo de la potencia de aireación requerida para
mantener los niveles de oxígeno disuelto de un cultivo
6.4. Cálculos de rendimiento de sistemas de oxigenación
6.5. Cálculo del costo de oxigenación
7. Referencias bibliográficas de interés sobre Ingeniería en Acuicultua
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 2

1. ¿Qué es la Ingeniería en Acuicultura?
La Ingeniería en Acuicultura es una ciencia que aplica principios de Ingeniería
para resolver problemas asociados con la producción industrial de organismos acuáticos
(animales y vegetales acuáticos). Los principales esfuerzos de esta disciplina están
dirigidos hacia:
- la cuantificación ingenieril de datos biológicos
- el diseño de operaciones acuícolas sostenibles
- la investigación y desarrollo de tecnología aplicada a cultivos:
sistemas de producción, unidades de cultivo, sistemas de
abastecimiento y tratamiento de agua, sistemas de monitoreo y
control del medio de cultivo y procesos, equipos y maquinaria de
apoyo a operaciones de cultivo y manejo de organismos
- el control y la evaluación de sistemas de producción complejos en
los cuales interactúan recursos naturales, materiales, humanos y
económicos
- el respaldo a decisiones económicas fundamentadas
De esta forma, la Ingeniería en Acuicultura constituye una de las principales disciplinas
de apoyo científico a las actividades de cultivo intensivo y resulta esencial en el diseño
de instalaciones de cultivo, en la evaluación de sistemas de producción y en el
mejoramiento de eficiencia de los procesos de producción.
2. Introducción a los sistemas de producción intensiva
El continuo crecimiento de la población mundial presiona a la industria pesquera
y acuícola a incrementar sus rendimientos de forma de seguir abasteciendo la creciente
demanda de productos pesqueros. Ante la improbable perspectiva de crecimiento del
sector pesquero, según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentación (FAO) las actuales capturas de pesca han llegado o están por llegar al
límite de su capacidad, es entonces el crecimiento del sector acuícola quien deberá
afrontar las futuras necesidades mundiales. En este contexto la acuicultura ha mostrado
un desarrollo destacable en las últimas décadas (Fig.1). Hoy (año 2005) el sector provee
casi el 34% de la producción pesquera mundial y el 43% de la oferta de productos
pesqueros destinados al consumo humano. Hasta el 90% de la oferta de salmónidos,
carpas u ostras, más del 70% de la oferta de tilapias, chanos o mejillones de consumo,
además de un alto porcentaje de la oferta de camarones de altos calibres o bagres,
provienen exclusivamente de granjas de cultivos acuícolas. La acuicultura es además, el
segmento de mayor crecimiento dentro de todos los sectores productores de alimento.
Sin embargo, la continuación de este crecimiento enfreta desafíos comunes; entre ellos:
i) la escasez de tierras disponibles o competitivamente aptas para el
desarrollo de actividades de cultivo,
ii) una creciente limitante por el uso de agua o por el acceso a aguas
de calidad,
iii) y el incremento de restricciones ambientales relacionadas con el
aporte de nutrientes al medio ambiente.
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 3

La forma de superar estos desafíos involucra por lo general la intensificación de las
operaciones de cultivo. La intensificación tiene como objetivo el aumento de los
rendimientos de producción por unidad de recurso limitante. Por ejemplo, si el recurso
limitante es la disponibilidad de espacio, entonces la intensificación del cultivo
consistirá en incrementar las densidades de cultivo y la productividad por unidad de
área (kg biomasa/m 2 /año). Si en cambio el recurso limitante es la disponibilidad de
agua, la intensificación del cultivo tendrá como objetivo el incrementar la producción
por volumen de agua usada (kg biomasa producida/m 3 agua usada). En todos los casos,
los procesos de intensificación introducen una mayor sofisticación tecnológica y costos
a las operaciones de cultivo. Consecuentemente, el curso impartido revisa ciertos
aspectos de ingeniería fundamentales de sistemas de cultivo intensivos como:
- consideraciones ambientales de calidad de agua y cuantificación de
procesos biológicos que la afectan
- criterios de determinación de requerimientos de caudales y potencia
de bombeo
- eficiencia de sistemas de aireación
Millions MT
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1950
Aquaculture
Capture
Source: FAO not incl. aquatic plants
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Figura 1a. Desembarques totales de pesca y acuicultura
% Contribution
100%
80%
60%
40%
20%
0%
1950
1955
Aquaculture
Capture
Source: FAO not incl. aquatic plants
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Figura 1b. Porcentaje de contribución de los subsectores
Figura 1. Producción mundial de pesca y acuicultura (Fuente: FAO, 2006)
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 4

3. Consideraciones ambientales para el cultivo de peces.- Normas de calidad de
agua
Según Boyd (1990), calidad de agua en acuicultura puede definirse como la
conveniencia del agua para el desarrollo de un cultivo. En un sentido más amplio, la
calidad del agua incluye todos los parámetros físicos, químicos y biológicos que
caracterizan un cuerpo de agua. Todas las especies cultivables requieren de normas de
calidad de agua para asegurar su supervivencia, crecimiento o maduración sexual. Una
mantención inadecuada de la calidad de agua o el deterioro de esta misma, puede traer
consecuencias negativas para el cultivo como la reducción de las tasas de crecimiento
de un organismo, el aumento de la susceptibilidad a enfermedades, la interrupción de la
maduración sexual o inclusive la muerte de los organismos cultivados. En la definición
de un perfil de calidad de agua para el desarrollo de un cultivo, los parámetros críticos y
el rango de valores de dichos parámetros pueden variar de acuerdo con los diferentes
estados de desarrollo de la especie (larva, juvenil, maduración, desove, etc.). También,
diferentes especies o diferentes estados de desarrollo de una misma especie, pueden
mostrar capacidades diferentes de aclimatación a cambios ambientales. Hay además
especies capaces de resistir variaciones abruptas de la calidad de agua y otras que
requieren de una aclimatación progresiva a las nuevas condiciones ambientales. En
general, la extensión del rango de valores del los parámetros de calidad de agua indicará
en alguna medida el grado de sensibilidad de la especie a las fluctuaciones ambientales
(mayor rango define una especie más resistente, mientras que menor rango define una
especie más sensible).
El rango de valores de un parámetros de calidad de agua puede ser clasificado de
acuerdo a las diferentes respuestas fisiológica de la especie. Así los valores pueden ser
definidos como:
i) Límites: niveles máximo y mínimo permitidos para mantener
vivos a los organismos.
ii) Óptimo: favorece tasas de crecimiento máximas.
iii) Sub-óptimo: reduce la tasa de crecimiento de una especie sin
producir otras consecuencias dañinas. Por ejemplo: una especie
que posee un crecimiento óptimo a 25°C probablemente crecerá
también a 22°C, pero a una tasa más baja.
iv) Estresante: produce una respuesta fisiológica negativa que tendrá
como consecuencia la reducción de rendimientos del cultivo.
v) Tóxico o agudo: define una concentración que producirá la
muerte de los organismos. Por ejemplo: 96h-LC50 indica que la
concentración del compuesto producirá el 50% de mortalidad en
96 horas de exposición.
Un cuerpo de agua es un ecosistema complejo caracterizado por una lista extensa de
parametros de calidad de agua. No obstante, una vez que que dicha fuente de agua ha
sido definida como apta para el desarrollo de un cultivo, son sólo algunos de éstos
parámetros los que juegan roles decisivos en el éxito de la actividad. Estos parámetros
críticos son: temperatura, oxígeno disuelto, pH, dióxido de carbono (CO2), alkalinidad,
amonio, nitrito, nitrato y sólidos suspendidos. Los mismos deben ser controlados o
inspeccionados habitualmente en sistemas de cultivo intensivos. Pero así como cada uno
de éstos parámetro es importante debido a que influenciará directamente en la salud y el
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endimiento de un cultivo, también lo es todo el conjunto de parámetros y las
interacciones entre ellos. Es así que toda lista de normas de calidad de agua definida
para el desarrollo de un cultivo específico debe ser entendida como recomendaciones
generales.
Tabla I. Normas de calidad de agua para el cultivo de la dorada (Sparus aurata)
Parámetro Rango Óptimo Estresante Agudo
Temperatura (°C) 12 – 33 25 – 26 27 33
Salinidad (ppt) 6 – 42 25 – 35 ? ?
O2 disuelto (%sat.) 50 – >110 90 – 100 110 200
pH 6 – 9 6.5 – 8 9 9
NH3 (mgN/L) 0 – 0.27 0.27 1.27
TSS (mg/L) 0 – ? 40 >?
Alkalinidad (meq/L) 0.5 – ? >1.5

Transferencia
gaseosa
Alimento
H2
S
Degradación
anaeróbica
O
2
CO
2
Alimento
no ingerido
Heces
Desechos particulados
Remoción de sólidos (Filtración)
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NH
3
pH
Fotosíntesis ↑pH
Respiración ↓pH
Nitrificación ↓pH
Denitrificación ↑pH
NO
2
Nitrificación (Biofiltro)
Tipos de Sólidos:
Decantables > 70 µ m
Suspendidos
Finos < 30 µ m
NO
3
Figura 2. Principales productos orgánicos de desecho de un cultivo de peces y sus
formas de remoción o transformación
4. Cálculo de flujos hidráulicos (caudal) en un sistema de cultivo intensivo.–
Ecuaciones de balance másico
Para determinar el caudal de agua necesario para mantener una masa
determinada de animales en una unidad de cultivo, es necesario conocer las
concentraciones permisibles de las variables críticas de calidad agua y las tasas de
producción de desechos metabólicos. El caudal requerido resulta entonces de la
condición de equilibrio necesaria para mantener la carga del metabolito a la
concentración permitida. Por lo general en los sistemas de cultivo intensivos, el caudal
de agua está determinado en base a las necesidades de aporte de oxígeno disuelto o en
base a la remoción de amonio de excreción. Sin embargo, en los sistemas de cultivo
recirculantes (RAS, recirculating aquaculture systems), el oxígeno es suministrado por
sistemas de aireación u oxigenación y el amonio es convertido a nitrato por biofiltros
nitrificantes (el nitrato puede acumularse a concentraciones mucho más altas que el
amonio sin tener repercusiones negativas para el desarrollo del cultivo). En estos
sistemas, los caudales de recambio necesarios pueden estar determinados en base a las
necesidades de mantener otras condiciones de equilibrio másico o energético del
sistema.
Las ecuaciones de determinación de caudales resultan del análisis del balance másico de
un compuesto en un volumen de control (Fig.3). El análisis sigue los siguientes pasos y
supuestos:
i) Definición de los límites del volumen de control (ej.: volumen de
agua de un tanque de peces).
ii) El volumen de control es aceptado como una unidad
completamente mezclada. Esto implica que la concentración de
un compuesto en cualquier punto del volumen definido es
uniforme y que la concentración del compuesto en el efluente del

volumen definido es igual a la concentración del compuesto
dentro del mismo volumen.
iii) Definición del material de balance (ej.: cantidad de oxígeno,
amonio, etc.)
iv) Identificación de los flujos másicos del determinado compuesto a
través de los límites definidos. Esto implica el aporte del
compuesto al volumen de control o su remoción del mismo
volumen. (Signo positivo indicará suministro y signo negativo
indicará remoción).
v) Identificación de los los flujos másicos del determinado
compuesto dentro de los límites definidos. Esto implica los
procesos de producción o generación del compuesto dentro del
volumen de control y los procesos de consumo o utilización del
compuesto dentro del mismo volumen. (Signo positivo indicará
producción y signo negativo indicará consumo).
Q (m 3 /h)
C in (g/m 3 )
R (g/h)
C (g/m 3 )
P (g/h)
Q (m 3 /h)
C out (g/m 3 )
entrada
Volumen
de
control
entrada
Figura 3. Esquema de un volumen de control indicando los flujos másicos a través y
dentro del mismo
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salida
La ecuación de balance másico de la Fig.3 queda entonces definida por:
donde,
dC
. = Q.
Cin
+ P − Q.
C − R
(Ec.1)
dt
V out
salida
V = volumen, (m 3 ),
Q = caudal, (m 3 /h),
C = concentración del compuesto determinado, (mg/L = g/m 3 ), los
sufijos “in” y “out” indican concentración de entrada o salida.
Nótese que bajo el supuesto de unidad completamente
mezclada se cumple que C = Cout,
dC/dt = tasa de acumulación o remoción del compuesto, (g/m 3 /h),
P = tasa de producción del compuesto, (g/h),
R = tasa de consumo del compuesto, (g/h).
Análisis dimensional de la Ecuación 1:
⎛ 3 ⎞
⎛ 3
3
⎛ g ⎞ m ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ m ⎞ ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞
( m ) . ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⎟ + ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟
⎜ ⎟
. ⎜
⎜ ⎟
. ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⇒ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ 3
3
3
⎝ m . h ⎠ ⎝ h ⎠ ⎝ m ⎠ ⎝ h ⎠ ⎝ h ⎠ ⎝ m ⎠ ⎝ h ⎠ ⎝ h ⎠ ⎝ h ⎠

En palabras, la Ecuación 1 puede ser entendida como: la tasa de acumulación o
remoción de un compuesto dentro de los límites del volumen de control es igual al flujo
másico de entrada del compuesto a dicho volumen, más la tasa de producción del
compuesto dentro del volumen, menos el flujo másico de salida del compuesto del
volumen, menos la tasa de consumo del compuesto dentro del volumen.
Para determinar el caudal (Q) se asume una condición de equilibrio en la cual el
compuesto determinado no se acumula ni se reduce. Esto significa que dC/dt = 0 y de
esta forma se simplifica la Ecuación 1 por:
0 = Q.Cin + P – Q.Cout – R (Ec.2)
De aquí entonces que:
Ejemplo 1:
R − P P − R
Q = =
(Ec.3)
C − C C − C
in
out
out
in
Dado un sistema de cultivo abierto y sin aireación, DOin = concentración de oxígeno
disuelto en el afluente = 7 mg O2/L, DO = concentración mínima de oxígeno disuelto
requerida en el tanque de cultivo = 5 mg O2/L y RDO = tasa de consumo de oxígeno de
la biomasa cultivada en el tanque = 200 g O2/h. Determinar el caudal mínimo para
mantener la condición de oxígeno disuelto en el tanque de cultivo.
De acuerdo con la Ecuación 2, entonces:
0 = Q.DOin + PDO – Q.DOout – RDO
pero al no existir en el sistema de cultivo un sistema de aireación, entonces PDO = 0.
De aquí que:
Entonces:
0 = Q.(DOin – DOout) – RDO
Q
Ejemplo 2:
R
DO = (Ec.4)
DOin
− DOout
Q = 200/(7 – 5) = 100 m 3 /h
En el mismo sistema de cultivo del Ejemplo 1, DOin = 6 mg O2/L, DOout = 5 mg O2/L y
Q = 15 m 3 /h. Determinar la tasa de respiración de la biomasa cultivada.
Despejando RDO de la Ecuación 4, entonces:
RDO = 15*(6 – 5) = 15 g O2/h
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Ejemplo 3:
En el mismo sistema de cultivo del Ejemplo 1, CTAN = concentración máxima permitida
de amonio total (TAN = NH4 + + NH3) en el tanque de cultivo = 1.4 mg N/L, CTAN-in =
concentración de TAN en el afluente = 0 mg N/L y Q = 15m 3 /h. Determinar la tasa de
excreción de amonio de la biomasa cultivada.
Utilizando la Ecuación 3, entonces:
PTAN = Q*CTAN-out = 15*1.4 = 21 g TAN/h
4.1. Índices de recambio de agua de un sistema
La tasa o frecuencia de recambio de agua de un sistema representa el número de
recambios del volumen de agua de la unidad de cultivo por unidad de tiempo y está
definida por:
ER (recambios/h) = Q/V (Ec.5)
El porcentaje de recambio de agua de un sistema es el porcentaje del volumen de agua
del sistema reemplazado por unidad de tiempo:
ER (%/h) = Q/V *100 = ER *100 (Ec.6)
El tiempo de residencia del agua en una unidad de cultivo o período del recambio total
del agua de la unidad de cultivo está definido por:
Ejemplo 4:
RT (h) = V/Q = 1/ER (Ec.7)
Caudal Q = 400 m 3 /d, volumen del tanque de cultivo V = 100 m 3 .
ER = 400/100 = 4 recambios/d = 400%/d
RT = 100/400 = 0.25 días = 6 horas
4.2. Tasas metabólicas en cultivo de peces
En el cultivo de peces puden diferenciarse tres niveles de actividad metabólica:
basal, regular y activa. El metabolismo basal describe el nivel más bajo de actividad de
un individuo en reposo e inafectado por influencias extrañas. El metabolismo regular se
refiere al nivel de actividad de los individuos en condiciones normales pero en ausencia
de alimentación y factores de estrés. Por último el metabolismo activo representa el
nivel de actividad de los organismos en condiciones normales de cultivo cuando éstos
consumen alimento. Este más alto nivel de actividad metabólica es el de interés para la
determinación de caudales necesarios.
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4.2.1. Tasas de crecimiento
El crecimiento de los peces resulta de factores relacionados con la alimentación,
digestión, parámetros ambientales, anabolismo, catabolismo, estado de maduración y
otros. En consecuencia, los modelos empleados para describir el crecimiento pueden
tener una naturaleza muy compleja. No obstante, existen varios modelos matemáticos
de tan sólo dos términos (peso en función de la edad) que pueden ser utilizados para
describir el crecimiento en peces desde su estado de alevín hasta su estado adulto. El
desarrollo del crecimiento en peces sigue una curva sigmoidal (Fig.4), generalmente
exponencial durante los estados juveniles (antes de la maduración sexual), luego linear
y finalmente asintótica.
W (t) (weight)
Exp.
growth
stanza
Linear
growth
stanza
W ?
Inflection point
Asymptotic
growth
stanza
W(t)=W ? ( 1 -e -k(t-to) ) b
t (age)
Figura 4. Curva de crecimiento en peso de los peces
Debido a que el cultivo intensivo de peces se centra en la optimización del crecimiento
hasta una talla comercial, la curva de crecimiento se reduce a sólo las dos primeras fases
descritas en la Fig.4. En estas fases, la tasa de crecimiento, osea, el incremento de peso
corporal por unidad de tiempo (dW/dt), puede ser descrito en función del peso del
individuo y la temperatura de cultivo:
dW/dt = WG = a.W b .e c.T
donde,
WG = tasa de crecimiento, (g/d/individuo),
W = peso corporal del individuo, (g),
T = temperatura, (°C),
a, b y c = constantes empíricas, con 0

W (g)
750
500
250
0
Sea bream growth
Harvest size 450g
0 3 6 9 12 15
t (months)
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 12
26°C
21°C
Figura 5. Crecimiento de la dorada (Sparus aurata) bajo dos régimenes
diferentes de temperatura
El problema en el uso de la Ecuación 8 es que las constantes (a,b y c) no están siempre
disponibles. Una forma de desarrollar estas constantes es registrar periódicamente el
crecimiento de los peces y calcular las tasas de crecimiento entre esos períodos como:
dW/dt → ΔW/Δt = (W2 – W1)/(t2 – t1) (Ec.11)
De forma más precisa se calcula la tasa de crecimiento estandarte:
Ln(
W2
/ W1
)
SGR =
× 100
(Ec.12)
t − t
2
1
Una vez calculadas las tasas SGR a lo largo del período de cultivo, las constantes (a y b)
resultan de la regresión potencial de la Fig.6, cumpliéndose:
SGR = (dW/dt)/W = a.W (b-1)
WG
(g/month)
80
60
40
20
0
WG and SGR as f (W)
WG
SGR=a.W x
0 100 200 300 400
0%
500
Fish Weight (g)
(Ec.13)
200%
150%
100%
50%
SGR
(%/month)
Figura 6. Tasa de crecimiento mensual (WG=dW/dt en g/mes) y tasa de
crecimiento estándar (SGR en % de peso corporal/mes) en
función del peso corporal de la dorada (Sparus aurata). Nótese
SGR = a.W x con x

donde,
FI = ración diaria de alimento por individuo, (g alimento/d/individuo),
a2, b2 y c2 = constantes empíricas.
Las tasas de alimentación pueden estar también descritas como porcentaje de peso
corporal por día, de acuerdo a:
DFR = a2.W (b2 – 1) .e c2.T
(Ec.15)
donde,
DFR = ración diaria de alimento, (% peso corporal/d).
El factor de conversión de alimento (FCR) representa la eficiencia de utilización del
alimento y queda definido como la razón entre la cantidad de alimento suministrado y el
crecimiento en peso del individuo:
o
FCR = (cantidad alimento suministrado)/(crecimiento en biomasa) (Ec.16)
FCR = FI/WG = DFR/SGR (Ec.17)
4.2.3. Tasas de respiración y excreción de amonio
Las tasas metabólicas de respiración y excreción son una función de la especie
de cultivo, peso de los individuos, temperatura, condiciones de estrés y otras variables.
De forma general, éstas tasas pueden describirse en función del peso del individuo y la
temperatura de cultivo, como muestra el tipo de Ecuación 8. Sin embargo y dado el
nivel de metabolsimo activo que caracteriza a los organismos en la fase de cultivo, las
tasas de respiración y excreción de una especie pueden ser expresadas de forma
ultimativa en función del tipo y cantidad de alimento consumido. La Fig.7 muestra el
desarrollo de la tasa de respiración (OFR) y la tasa de excreción de amonio (NFR) de la
dorada, en gramos de oxígeno consumido por gramo de alimento consumido y gramos
de nitrógeno excretado respectivamente. Nótese que éstas tasas son relativamente
constantes para la mayor parte del desarrollo del cultivo (OFR ≈ 0.7 = 700g O2/kg
alimento y NFR ≈ 0.04 = 40g TAN/kg alimento). Esta forma de expresar las tasas
metabólicas simplifica enormemente los cálculos de flujos másicos dentro de los límites
de un volumen de control (ecuaciones de balance másico) y estandarisa los resultados
en función del suministro de alimento.
Por lo general las tasas de respiración de peces varían entre 200 y 1000 g O2/kg
alimento, mientras que las tasas de excreción de amonio varían entre 20 y 50 g TAN/kg
alimento.
La capacidad de carga de un sistema de cultivo intensivo, quedará determinada en base
a la cantidad máxima de alimento que es posible suministrar por día a una biomasa
cultivada.
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 13

OFR (g O2/g feed)
80%
60%
40%
20%
0%
0 100 200 300 400
0.0%
500
Fish weight (g)
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8.0%
6.0%
4.0%
2.0%
NFR (g N/g feed)
OFR
Figura 7. Tasa de respiración (OFR en g O2/g alimento) y tasa de excreción
de amonio (NFR en g TAN/g alimento) en función del peso
corporal de la dorada (Sparus aurata)
5. Dinámica fluidos y bombeo de agua
La dinámica de fluidos es el estudio de los fluidos en movimiento. El agua y el
aire son los fluidos de importancia en los sistemas de cultivo acuícolas. El diseño de
instalaciones hidráulicas (redes de abastecimiento de agua, selección de bombas y
suministro de aire u oxígeno a presión) sobrepasa el entendiminto del presente curso.
Como forma de introducción, el capítulo presenta algunos conceptos básicos de
hidráulica y una ecuación general para el cálculo de potencia de bombeo.
5.1. Propiedades físicas del agua
Densidad (ρ, kg/m 3 ): es la masa de un fluido por unidad de volumen. La
densidad del agua (líquida = fluido incompresible) varía en función de la temperatura y
la salinidad. La densidad del aire (gas = fluido compresible) varía en función de la
temperatura y presión.
ρ = m/V (Ec.18)
donde,
m = masa, (g, kg),
V = volumen (L, m 3 ).
Peso específico (γ, N/m 3 ): es el peso (fuerza, N = kg.m/s 2 ) de un fluido por unidad de
volumen.
γ = ρ.g (Ec.19)
donde,
g = aceleración de la gravedad = 9.81m/s 2 .
Viscosidad absoluta o dinámica (µ, Pa.s = N.s/m 2 ): es la propiedad de un fluido de
ofrecer resistencia a un esfuerzo cortante (fricción).
NFR

Viscosidad cinemática (ν, m 2 /s): es la razón entre la viscosidad absoluta de un fluido y
su densidad. Este factor está involucrado en el cálculo de pérdidas de carga (o pérdida
de presión) de los fluidos en movimiento.
ν = µ/ρ (Ec.20)
5.2. Tipo de flujo
El flujo de un fluido puede ser laminar o turbulento. En el flujo laminar, cada
elemento se mueve en la misma dirección y con la misma velocidad que todos los
demás elementos. Se forman así “líneas de corriente” que se mueven en relación
constante una con otra. En el flujo turbulento no son identificables las líneas de
corriente. Las pérdidas de carga son mayores en el flujo turbulento que en el laminar y
su cálculo involucra distintas ecuaciones. La mayoría de los usos hidráulicos en
sistemas de producción acuícolas caen dentro de la clasificación de turbulencia.
5.3. Ley de conservación de la masa (Ecuación de continuidad)
Debido a la ley de conservación de la masa (la masa no puede ser creada ni
destruida), el caudal de un fluido dentro de un conducto cerrado debe ser igual en todas
sus secciones. A partir de este principio se define la ecuación de continuidad como:
o
Qsección 1 = Qsección 2
ρ1.V1.A1 = ρ2.V2.A2
donde,
Q = caudal, (m 3 /s),
V = velocidad de flujo, (m/s),
A = área de la sección transversal, (m 2 ).
(Ec.21)
(Ec.21-1)
Para un fluido incompresible como el agua, se cumple ρ1 = ρ2 y así la Ecuación 21-1 se
reduce a:
Ejemplo 5:
V1.A1 = V2.A2
(Ec.21-2)
En la Figura 8, un caudal de 18m 3 /h a presión fluye por una tubería de diámetro
variable. Determinar la velocidad de flujo de la sección 2 de diámetro interno D2 = 5cm.
D D
1
2
Q
A A2 1
Q
Figura 8. Caudal de un fluido dentro de una tubería de sección transversal variable
De acuerdo a la ecuación de continuidad tenemos:
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 15

Q = V2.A2 = V2.D2 2 .π/4
Despejando V2 tenemos:
V2 = (18/3600)/(0.05 2 .π/4) = 2.55 m/s
5.4. Ley de conservación de la energía (Ecuación de Bernoulli)
Debido a la ley de conservación de la energía (la energía no es creada ni
destruída sino que ésta sólo pasa por transformaciones), la energía total de un fluido en
cualquier punto de un sistema hidráulico es la misma (Fig.9):
ffl
1
Z1
Valve
Plano Datum
Figura 9. Energía en dos puntos diferentes de un sistema hidráulico
E1 = E2
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 16
2
Z2
(Ec.22)
La energía total en cualquier punto de un sistema hidráulico está compuesta de tres
componentes: energía potencial, energía debido a la prersión y energía cinética. Así la
Ecuación 22 queda redefinida por la Ecuación 23, o mejor conocida como Ecuación de
Bernoulli.
donde,
Z
1
2
P1
V1
P2
V2
+ + = Z 2 + +
γ 2g
γ 2g
2
(Ec.23)
Z = elevación del punto de referencia por encima de un plano de referencia, (m),
P = presión manométrica, (Pa = N/m 2 ),
γ = peso específico del fluido, (N/m 3 ),
V = velocidad de flujo, (m/s),
g = aceleración de la gravedad, (m/s 2 ).
Nótese que la dimensión de cada término de la Ecuación 23 es en metros (m).
La Ecuación de Bernoulli es aplicable a flujos ideales que no tienen “pérdidas” de
energía entre los punots 1 y 2. Debido a que los fluidos reales siempre experimentan
pérdidas debido a la fricción entre el fluido y las paredes de la tubería, éstas deben
incluirse en la ecuación, de forma que en la práctica la Ecuación de Bernoulli queda
definida por:

2
P1
V1
P2
V2
Z 1 + + + aporte de E externa = Z 2 + + + hL
+ h f (Ec.24)
γ 2g
γ 2g
donde,
aporte de Energía, se refiere a la energía capaz de ser adicionada por una
bomba,
hL = pérdidas por fricción con la tubería,
hf = pérdidas por fricción menores que ocurren cuando el fluido
encuentra restricciones en el sistema. Estas restricciones incluyen:
válvulas, cambios de dirección de flujo (en codos, bifurcaciones, etc.),
cambios en el diámetro de la tubería (reducciones o ensanchamientos
como el representado en la Fig.8) y puntos de entrada o salida del fluido
hacia o desde una tubería.
Aunque llamadas comunmente pérdidas “menores” debido a que su valor
es generalmente menor al de las pérdidas por fricción de la tubería, otros
accesorios hidráluicos como filtros introducen también este tipo de
pérdidas. En este caso particular, las pérdidas menores pueden resultar en
valores significativamente altos.
Ejemplo 6:
Calcular la velocidad del flujo de descarga del tanque de la Figura 9 cuando la válvula
del tanque está completamente abierta. La diferencia de elevación entre los puntos 1 y 2
es de 4m. Asuma que no hay pérdidas de carga entre los dos puntos.
Ya que los puntos 1 y 2 están abiertos a la atmósfera, la presión manométrica en estos
dos puntos es 0. Con esto en cuenta y usando la Ecuación 23 tenemos:
2
V1
V2
4 + 0 + = 0 + 0 +
2g
2g
2
Si el tanque en cuestión es relativamente grande, podemos asumir entonces que la
velocidad de flujo en la superficie del tanque, a medida que éste se vacía, es
relativamente pequeña. De aquí tenemos que V1→0 y entonces:
2
V2
4 =
2g
Entonces,
2
⇒ V2
= 4*
2g
V2 = 4 * 2g
= 8.86 m/s
5.5. Cálculo de pérdidas por fricción
Existen varias formas de calcular las pérdidas por fricción en tuberías, siendo las
más conocidas las ecuaciones de Darcy-Weisbach o Hazen-Williams. Las dos
ecuaciones introducen coeficientes de fricción determinados por el tipo de material de la
tubería y las pérdidas son luego calculadas en función de la velocidad de flujo, el
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 17
2

diámetro de la tubería y su longitud. Sin embargo y como forma de facilitar los cálculos,
muchos fabricantes de tuberías proveen factores de pérdida de la tubería por unidad de
longitud de tubería. Este factor (J) aparece tabulado en función del tipo de tubería
(material y espesor de las paredes de la tubería) (C), diámetro de la tubería (D) y rango
de caudales (Q). De esta forma las pérdidas por fricción de la tubería pueden calcularse
como:
hL = J.L (Ec.25)
donde,
hL = pérdidas por fricción en la tubería, (m),
J = factor de pérdida según C, D y Q, (m/m, m/km o %),
L = longitud de la tubería, (m, km).
Las pérdidas menores son calculadas para cada restricción de flujo de acuerdo a la
siguiente ecuación:
2
V
h f = K
(Ec.26)
2g
donde,
hf = pérdidas por fricción menores, (m),
K = coeficiente de pérdida menor de la restricción o accesorio
(fitting), general-mente proporcionado por el fabricante,
(adimensional). La Tabla II muestra algunos coeficientes
generales de pérdidas menores.
Tabla II. Coeficientes de pérdidas menores para algunas restricciones comunes de flujo
Restricción o accesorio K
Válvula de globo (completamente abierta) 10.0
Válvula de ángulo (completamente abierta) 5.0
Válvula de paso (completamente abierta) 0.2
Codo estandarte 90° 0.9
T estandarte 1.8
Entrada (de borde recto) 0.5
Entrada (de borde angular, redondeado) 0.2
Salida (todas) 1.0
5.6. Cálculo de potencia de bombeo
La potencia requerida para el bombeo del agua del punto 1 al 2 (Fig.10) está
definida por:
P = γ.Q.H/η (Ec.27)
donde,
P = potencia de operación de la bomba, (kW = kN.m/s),
γ = peso específico del agua, (aprox. 10 kN/m 3 ),
Q = caudal, (m 3 /s),
H = carga, altura o presión total, (m)
η = eficiencia de la bomba (adimensional)
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 18

La altura total para el bombeo está definida por:
H = hz + hL + hf
donde,
Ejemplo 7:
(Ec.28)
hZ = diferencia de alturas topográficas entre los puntos 1 y 2, (m),
hL y hf = pérdidas por fricción calculadas mediante las Ecuaciones 25 y 26, (m).
Elbow
Pump
Elbow
Elbow
Valve 2
1 Δ Z
ffl
Figura 10. Esquema de un sistema hidráulico de bombeo
Dado el esquema de la Figura 10, con hZ = 10m, L = 500m, J = 5 m/km, D = 200mm,
ΣK = 6.2, η (bomba) = 70%, calcular la potencia necesaria de bombeo para suministrar
un caudal Q = 100m 3 /h.
i) Calculo la velocidad de flujo en las diferentes secciones. Como el diámetro de la
tubería no cambia, la velocidad de flujo en todo el sistema es uniforme:
Q = A.V
⇒ V = Q/[(D 2 .π/4)] = 0.88 m/s
ii) Calculo las pérdidas por fricción:
hL = J.L = 0.005 * 500 = 2.5m
hf = ΣK(V 2 /2g) = 6.2 * 0.88 2 /(2*9.81) = 6.2 * 0.04 = 0.25m
iii) Calculo la altura total:
H = 10 + 2.5 + 0.25 = 12.75m
iv) Calculo la potencia requerida:
P = γ.Q.H/η = 10 * (100/3600) * 12.75 / 0.7 = 5.1kW
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ffl

6. Sistemas de aireación y oxigenación
El contenido de oxígeno disuelto es el factor de calidad de agua de mayor
importancia en todo sistema de cultivo acuícola. En un sistema de cultivo intensivo, el
oxígeno necesario para la respiración de los organismos es suministrado ya sea por el
intercambio del agua de cultivo por un afluente saturado en oxígeno o por sistemas de
aireación. Por aireación se entiende la adición al agua de oxígeno atmosférico y por
oxigenación, la adición de oxígeno puro (oxígeno gaseoso comprimido). Los procesos
de transferencia de oxígeno pueden ser entendidos como procesos de difusión a través
de una interfase (Fig.11).
O 2 gas
O 2 gas disuelto
Fase gaseosa
(atmosfera u O 2 gas puro)
Agua
Interfase Interfase
Burbuja
de aire
con
O 2
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O2 gas
disuelto
Figura 11. Transferencia gaseosa a través de una interfase
Agua
Como en todo proceso de difusión, existirá transferencia gaseosa sólo cuando exista un
gradiente de presiones parciales del gas entre las dos fases. En un sistema abierto a la
atmósfera, no habrá transferencia gaseosa cuando el agua se encuentre saturada de
oxígeno (100% saturación). En el caso de que el agua esté sub-saturada de oxígeno
(

Debido a la dificultad que existe para medir correctamente el área de difusión A, en
especial en casos de alta turbulencia, los parámetros KL y A/V se asocian dentro de un
único término llamado coeficiente de transferencia total (KLa). Así la Ecuación 29
queda redefinida como:
dDO/dt = KLa.(DOsat – DOt) (Ec.30)
La integración de la Ecuación 30 entre los puntos DO0 a DOt y t0 a t resulta en:
donde,
K
L
Ln(
ODt
) − Ln(
OD0
)
a = (Ec.31)
t
KLa = coeficiente de transferencia total, (h -1 ),
ODt = déficit de oxígeno en el tiempo t, (mg O2/L),
OD0 = déficit de oxígeno en el tiempo 0, (mg O2/L),
t = tiempo, (h).
De esta forma es posible determinar KLa como la pendiente de la gráfica entre Ln(ODt)
y el tiempo (Fig.12).
DO (% sat)
100%
80%
60%
40%
20%
0%
0 20 40 60 80 100
time (min)
Oxygen deficit
Ln (DOsat - DOt)
DO t
OD t
3.0
2.0
1.0
0.0
-1.0
-2.0
-3.0
y = -3.612x + 1.888
R2 = 1
Slope = K La
0.0 0.5 1.0 1.5
t (h)
Figura 12. Resultados de un experimento de aireación y cálculo del
coeficiente de transferencia total de oxígeno (KLa)
Se debe tener presente que el resultado KLa representa el coeficiente de transferencia
total del oxígeno para las condiciones específicas del sistema de contacto líquidogaseoso
(configuración del sistema, temperatura, salinidad, presión barométrica y
calidad del agua).
La Ecuación 32, conocida como la Ecuación de van’t Hoff-Arrhenius, puede ser usada
para corregir KLa a cualquier temperatura:
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 21

donde,
KLaT = KLa20.θ (T-20)
(Ec.32)
KLaT = coeficiente de transferencia total a la temperatura T, (h -1 ),
T = temperatura, (°C),
θ = 1.024 es generalmente usado para instalaciones acuícolas.
6.2. Evaluación del rendimiento de un aireador.- Cálculo de SOTR y SAE
El rendimiento de un aireador, osea su capacidad de suministro de oxígeno por
unidad de tiempo (g O2/h) y por unidad de energía (g O2/kWh), se evalúa en pruebas de
aireación en condiciones estádares. Estas condiciones están definidas como: agua
limpia (agua sin desechos orgánicos), concentración de oxígeno inicial de 0 mg O2/L
(agua desoxigenada), 20°C de temperatura y 760mmHg de presión atmosférica. De esta
manera, la forma comunmente usada para definir el rendimiento de un aireador se
define por:
SOTR = KLa20 .DOsat-20 .V (Ec.33)
donde,
SOTR = tasa estándar de transferencia de oxígeno, (g O2/h),
KLa20 = coeficiente de transferencia total de oxígeno corregido
para una temperatura de 20°C con el uso de la
Ecuación 32, (h -1 ),
DOsat-20 = concentración de oxígeno disuelto a 100% de
saturación bajo las condiciones de salinidad
observada, 20°C de temperatura y 760mmHg de
presión atmosférica, (mg O2/L = g/m 3 ),
(9,08 mg O2/L en agua dulce a 0‰ salinidad y
7,38 mg O2/L en agua de mar a 35‰ salinidad),
V = volumen de agua en el tanque de prueba, (m 3 ).
La eficiencia de aireación estándar se calcula mediante:
SAE = SOTR/P (Ec.34)
donde,
SAE = eficiencia de aireación estándar, (g O2/kWh),
P = potencia suministrada en condiciones estándares, (kW).
Los resultados de SOTR y SAE son una indicación de la capacidad máxima de aireación
de un aireador en condiciones estándares. Valores comunes de SAE encontrados para
aireadores mecánicos de superficie varían entre 1 y 2 kg O2/kWh.
6.3. Cálculo de los requerimientos de aireación en sistemas de cultivo
Los resultados de las pruebas de aireación permiten comparar los rendimientos
de distintos aireadores, para un tanque de cultivo específico y en condiciones
estándares. Sin embargo, las condiciones encontradas en un cultivo acuícola son
significativamente diferentes a los puntos de referencia estándares (la concentración de
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 22

oxígeno disuelto no puede ser 0 y la temperature del agua y otros parámetros de calidad
de ésta pueden diferir ampliamente de los estándares definidos: agua limpia, 20°C y
760mmHg). Por lo tanto, los resultados SOTR y SAE no pueden ser empleados
directamente para calcular los requerimientos de aireación en condiciones de cultivo. En
este caso será necesario determinar la tasa de transferencia de oxígeno en terreno
(OTR) y la eficiencia de aireación en terreno (FAE).
Las ecuaciones para calcular OTR introducen factores de corrección para estimar el
efecto de la temperatura (_), la concentración de oxígeno disuelto en terreno (ej: tanque
de cultivo) y el efecto combinado de sustancias disueltas que influyen en el rendimiento
de transferencia gaseosa (_) y en la concentración de oxígeno disuelto a 100% de
saturación (_). Dada una condición de equilibrio de todas estas variables, OTR puede
calcularse por:
OTR = _.SOTR._ (T-20) .(_DOsat-T – DOpond)/DOsat-20 (Ec.35)
donde,
OTR = tasa de transferencia de oxígeno en terreno (tanque de cultivo), (g
O2/h),
T = temperatura en el tanque de cultivo, (°C),
DOsat-T = concentración de oxígeno disuelto a 100% de
saturación en agua limpia y a la temperature,
salinidad y presión atmosférica en terreno, (mg
O2/L),
DOpond, = concentración de oxígeno disuelto requerido en el
tanque de cultivo, (mg O2/L),
α = razón entre el valor de KLa determinado para las condiciones en
terreno y el valor de KLa determinado para las condiciones
estándares,
_ =
K
L
a
20
agua de la unidad de cultivo
K
L
a
20
agua limpia
(Ec.36)
β = razón entre la concentración de oxígeno disuelto a 100% de
saturación en el agua de cultivo y la concentración de oxígeno
disuelto a 100% de saturación en agua limpia (a temperatura y
presión constantes).
_ = Conc. de O2 a 100% de saturación en agua de la unidad de cultivo (Ec.37)
Conc. de O2 a 100% de saturación en agua limpia
Los factores de corrección _ y _ son determinados empíricamente.
La eficiencia de aireación en terreno se calcula mediante:
FAE = OTR/P (Ec.38)
donde,
FAE = eficiencia de aireación en terreno, (g O2/kWh),
P = potencia suministrada, (kW).
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 23

6.3.1. Consideraciones de los factores de correción α y β
El coeficiente de transferencia total de oxígeno (KLa) es generalmente mayor en
agua limpia que en el agua de la unidad de cultivo. En consecuencia, la eficiencia de
transferencia gaseosa puede ser reducida significativamente ante valores bajos de _
(_

Q=10m 3 /h
DOin=7.16mg/L
PDO
RDO
Aireador mecánico de superficie
(Paddle-wheel)
DOout=5.73mg/L
Figura 14. Esquema del volumen de control del cultivo, identificando los flujos
másicos presentes
i) Resumen de variables: B = biomasa, Q = caudal, DFR = tasa de alimentación diaria,
OFR = tasa de respiración, RDO = tasa de consumo de oxígeno, PDO = tasa de
suministro de oxígeno, SAE = eficiencia de aireación estándar, FAE = eficiencia de
aireación en terreno.
ii) Calculo la tasa de consumo de oxígeno:
RDO = B * DFR * OFR = 1000 * 0.015 * 0.6 = 9.0 kg O2/d = 375 g O2/h
iii) Dada la equación de balance másico para una condición de equilibrio (Ecuación 2),
se cumple:
PDO = RDO – Q.(DOin – DOout) = 375 – 10.(7.16 – 5.73) = 361 g O2/h
iv) Calculo la eficiencia de aireación del aireador para las condiciones en terreno
(Ec.35):
FAE = SAE.(DOsat-T – DOpond)/DOsat-20 = 2500 * (7.16 – 5.73)/7.38 = 484 g O2/kWh
v) Calculo la potencia de aireación necesaria según:
P = PDO/FAE = 361 / 484 = 0.75 kW
6.4. Cálculos de rendimientos de sistemas de oxigenación
Los sistemas de oxigenación son utilizados en sistemas de cultivo superintensivos
(aquellos que permiten densidades de cultivo de varias decenas de kg de
biomasa por m 3 ), como sistemas de aireación de emergencia (por ejemplo en el caso de
un corte de abastecimiento eléctrico) y para el transporte de peces vivos. El oxígeno
usado por los sistemas de oxigenación es oxígeno gaseoso comprimido y con un alto
valor de pureza. Las fuentes de oxígeno puro más comunes son las botellas de oxígeno
comprimido, los tanques criogénicos de almacenamiento de oxígeno líquido (LOX) y
los generadores de oxígeno.
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 25
Q

Los procesos de transferencia gaseosa explicados anteriormente también son aplicables
para el caso de los sistemas de oxigenación. Los parámetros de comparación de
rendimientos de diferentes sistemas son definidos por:
OTR = Q.(DOout – DOin) (Ec.39-1)
donde,
OTR = tasa de transferencia de oxígeno, (g O2/h),
Q = caudal a través del sistema de oxigenación, (m 3 /h),
DO in out = concentración de oxígeno disuelto en el afluente
(in) y el efluente (out) del sistema de oxigenación,
(mg O2/L = g/m 3 ).
En el caso de que el sistema de oxigenación sean piedras difusoras de oxígeno, OTR es
determinado por:
OTR = (DOt – DOO).V/Δt (Ec.39-2)
donde,
DOt y DO0 = concentración de oxígeno disuelto en los
tiempos t y t0, (mg O2/L = g/m 3 ),
V = volumen de agua, (m 3 ),
Δt = tiempo de oxigenación = t – t0, (h).
OE = OTR/P (Ec.40)
donde,
OE = eficiencia de oxigenación, (g O2/kWh),
P = potencia suministrada para proveer la presión del flujo a través
del sistema de oxigenación, (kW).
En el caso de piedras difusoras de oxígeno este parámetro no tiene relevancia, P = 0.
ABE = OTR/(QO2 . ρO2) (Ec.41)
donde,
Ejemplo 9:
ABE = eficiencia de absorción de oxígeno, (%),
QO2 = caudal de oxígeno gaseoso conectado al sistema de oxigenación, (m 3 /h),
ρO2 = densidad del oxígeno gaseoso, (mg/L = g/m 3 ).
Dado el sistema de oxigenación descrito por la Figura 15, calcular los parámetros de
rendimiento de oxigenación. Considere Q = 120 m 3 /h, QO2 = 30 L/min , DOin = 4 mg/L,
DOout = 22 mg/L, potencia de la bomba P = 3 kW.
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 26

Q Q
Low DO Pump
High DO
Figura 15. Sistema de oxigenación tipo cono
(“oxygenation cone” o “down-flow bubble contactor”)
OTR = 120 * (22 – 4) = 2.16 kg O2/h
OE = 2.16 / 3 = 0.72 kg O2/kWh
ABE = 2160 / (30 * 60 * 1.33) = 90%
6.5. Cálculo del costo de oxigenación
El costo total de oxigenación incluye el costo de capital anualizado del sistema,
el oxígeno puro, el consumo de energía y los costos anualizados de mantenimiento y
reparaciones del sistema. Matemáticamente se puede calcular este costo como:
donde,
C
TC =
C/A
+ C
O2
+ C
E
+ C
OTR×
8760
R&M/A
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 27
Q O2
(Ec.42)
TC = costo total de transferencia de oxígeno, ($/kg O2),
CC/A = costo de capital anualizado del sistema de oxigenación, ($/año),
CO2 = costo de oxígeno puro, ($/año),
CE = costo de la energía empleada en el proceso de transferencia, ($/año),
CR&M/A = costo anualizado de mantenimiento y reparaciones
del sistema de oxigenación, ($/año),
OTR = tasa media de transferencia de oxígeno, (kg O2/h),
8760 = factor de conversión, (h/año).
Los costos de oxígeno puro (CO2) se calculan mediante:
CO2 = Precio del oxígeno ($/kg O2) / ABE (Ec.43)
Los costos de energía (CE) pueden calcularse para sistemas de aireación como:
CE = Precio de la energía ($/kWh) / FAE (kg O2/kWh)
y para sistemas de oxigenación según:
CE = Precio de la energía ($/kWh) / OE (kg O2/kWh)
(Ec.44-1)
(Ec.44-2)

Ejemplo 10:
Dado los precios de oxígeno puro = $0.25/kg O2 y energía = $0.08/kWh, calcular el
costo de operación de aireación de un aireador cuyo FAE = 0.5 kg O2/kWh y el costo de
operación de oxigenación de un sistema definido por los rendimientos OE = 0.72 kg
O2/kWh y ABE = 90%.
i) Caso: Aireación
No hay costo de oxígeno puro ya que el oxígeno utilizado es atmosférico
Costo energético = $/kWh / FAE = 0.08/0.5 = $0.16/kg O2
ii) Caso: Oxigenación
Costo de oxígeno = $/kg O2 / ABE = 0.25/0.90 = $0.28/kg O2
Costo energético = $/kWh / OE = 0.08/0.72 = $0.11/kg O2
Total = $0.39/kg O2
7. Referencias bibliográficas de interés en Ingeniería en Acuicultua
Boyd, C., 1990. “Water Quality in Ponds for Aquaculture”. Alabama Agricultural
Experiment Station, Auburn University, AL, 482 pp.
Huguenin, J. and Colt, J., 1989. “Design and operating guide for aquaculture
seawater systems”. Elsevier Science, 264p.
Lawson, T., 1995. “Fundamentals of Aquacultural Engineering”. Chapman &
Hall, NY, 355p.
Timmons, M. and Losordo, T., 1994. “Aquaculture Water Reuse Systems:
Engineering Design and Management”. Elsevier Science, 346p.
Timmons, M., Ebeling, J., Wheaton, F., Summefelt, S. and Vinci, B., 2002.
“Recirculating Aquaculture Systems, 2 nd Edition”. NRAC publication
No.01-002, Cayuga Aqua Ventures, Ithaca, NY, 769p.
Wheaton, F., 1977. “Aquacultural Engineering”. Robert E. Krieger Publishing
Co., Malabar, FL, 708p.
Conceptos Básicos de Ingeniería en Acuicultura, PLANDAC, Proyecto TCP/URU/3101 28