Aireación Tabla 1: Valores de la Potencia, Tasa Estándar de Transferencia de Oxígeno (SOTR) y Eficiencia Estándar de Aireación (SAE) para los cinco tipos de aireadores evaluados en el estudio. Aireador Bomba con cascada circular y barreras
0.186
SOTR (kg O2/h) 0.161
SAE (kg O2 /kWh) 0.867
Bomba con cascada circular
0.186
0.135
0.726
Aireador de paletas (1 hp)
0.746
2.600
3.485
Aireador de paletas (2 hp)
1.492
5.000
3.351
Aireador tipo bomba aspiradora
1.492
0.454
0.304
los equipos de aireación y se midió la concentración del oxígeno disuelto a intervalos de tiempo, hasta llegar a una concentración equivalente al 96% de la concentración de saturación. En base a los datos obtenidos se calculó los valores del K LaT, K La 20, SOTR y SAE de acuerdo a las ecuaciones presentadas arriba. Los valores de potencia, SOTR y SAE de los cinco equipos seleccionados se presentan en la Tabla 1.
Determinación de la demanda total de oxígeno: La demanda total de
oxígeno depende de la calidad del agua y las especies cultivadas. En el presente estudio, se asumió el policultivo de tres especies de carpas: catla (Catla catla), rohu (Labeo rohita) y mrigal (Cirrhinus mrigala) con una relación de 4:3:3 entre ellas. Además, se asumió que la biomasa al momento de la cosecha estuviera en 0.85 kg/m 3, un valor muy común para los cultivos de carpa en India. La tasa de respiración y tasa de alimentación de las carpas fueron estimadas en 300 gramos de oxígeno por kilogramo de biomasa de carpas y 2% de la biomasa por día, respectivamente. La demanda de oxígeno de parte del plancton y la respiración bentónica fueron evaluadas en 0.134 mg/L/h y 0.061 mg/L/h, respectivamente, para piscinas con un metro de profundidad. En base a estos valores, la demanda total de oxígeno fue calculada para seis tamaños diferentes de piscinas (100, 200, 500, 1,000, 5,000 y 10,000 m 2 con un metro de profundidad).
Determinación de la OTR, AE y N:
Se puede observar a partir de las ecuaciones (3) y (4) que los parámetros de aireación, tasa real de transferencia de oxígeno (OTR) y eficiencia de aireación (AE), y posteriormente potencia total (P)
48
Potencia (kW)
y número de aireadores (N), dependen de la concentración inicial del oxígeno disuelto en el agua de la piscina (C p). Además, la variación en estos parámetros de aireación afecta directamente el costo de aireación. Para determinar la variación de estos parámetros de aireación se utilizaron cuatro concentraciones iniciales de oxígeno disuelto (1, 2, 3 y 4 mg/L), los valores de SOTR, SAE y P reportados en la Tabla 1, y se asumió valores típicos para la temperatura y los factores a y b (25°C, 0.95 y 0.90, respectivamente). El valor de saturación del oxígeno disuelto (C s) a 25°C es de 8.26 mg/L. .
Determinación del costo de la aireación: El costo de depreciación
anual se calculó utilizando el método de línea recta. Se estimó la vida útil de los diferentes aireadores en base a los materiales utilizados en su fabricación. Los costos de reparación y mantenimiento de los aireadores fueron estimados en base al tipo de motor (eléctrico o no) y material utilizado. El costo de la electricidad fue de USD 0.0545/kW y el de la mano de obra fue USD 0.45/h. Se calculó el costo total de aireación (AC) para cuatro niveles de aireación al año (500, 1,000, 1,500 y 2,000 horas) y ocho tamaños de piscinas (100, 200, 300, 500, 700, 1,000, 5,000 y 10,000 m2 con un metro de profundidad). El valor de salvamento fue fijado a 10% del capital de inversión.
Resultados y Discusión
El capital de inversión y otros costos fijos, incluyendo la depreciación, intereses bancarios y costos de mantenimiento, de los distintos aireadores se presentan en la Tabla 2. Se puede observar que el nivel de inversión y
costo de depreciación por unidad variaron ampliamente entre los diferentes sistemas de aireación. El aireador de paletas de 2 hp presenta el más alto capital de inversión, mientras que los dos tipos de bombas con cascada presentan los menores valores de inversión. Además, estos dos últimos aireadores presentan también los menores costos fijos, con una vida útil equivalente a los otros equipos de aireación. En la Figura 2 se presentan algunas de las curvas de variación del costo de aireación de acuerdo a la cantidad anual de horas de operación y la concentración inicial de oxígeno disuelto (se presentan solamente las curvas para los tanques de 10,000 m 3). Independientemente del tamaño del tanque de prueba, el aireador tipo bomba aspiradora presentó siempre el mayor costo de utilización. En tanques de 5,000 m 3 y más grandes, el aireador de paletas de 2 hp tuvo el menor costo de aireación, seguido por el aireador de paletas de 1 hp, las bombas con cascada circular y, finalmente, el aireador tipo bomba aspiradora. Para todos los aireadores se pudo observar que el costo de aireación disminuye a medida que incrementa su uso durante el año (Fig. 2). Eso se debe a que con el incremento en el número de horas de funcionamiento por año, los costos fijos por hora disminuyen debido a la reducción en los valores de depreciación y en la tasa de interés. Por lo tanto, el costo total de la aireación por hora se vuelve inversamente proporcional a las horas de funcionamiento de los equipos (O h). Basándose en los datos obtenidos de los análisis, los resultados comparativos para los cinco aireadores se resuSeptiembre - Octubre del 2013