Principal Artigos Aeração em Aquicultura – parte I

Aeração em Aquicultura – parte I

Aeração em Aquicultura – parte I
0

Luis Alejandro Vinatea Arana
Programa de Pós-Graduação em Aquicultura
Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC
Florianópolis – SC.
luis.vinatea@ufsc.br

 

Introdução

Existem diferenças fundamentais entre os ambientes aquáticos naturais e de cultivo. Enquanto nos primeiros os espaços são grandes, a biodiversidade enorme e a biomassa condicionada por fatores naturais, nos segundos os espaços são muito pequenos, a biodiversidade extremamente simplificada e a biomassa exacerbada pelo fornecimento de alimento e o controle dos parâmetros da qualidade de água. Dentre os parâmetros que regem a qualidade da água em aquicultura destacam-se, por ordem de importância, o oxigênio dissolvido, a temperatura, o nitrogênio amoniacal (N-NH4+), o gás sulfídrico (H2S) e a matéria orgânica, entre outros. O oxigênio dissolvido figura em primeiro lugar devido a que sua ausência pode provocar a perda total da produção.

Mas, por que o oxigênio dissolvido é tão fundamental assim? O alimento não deveria vir primeiro, haja vista que sua ausência também pode ocasionar a perda total da produção? A resposta está no tempo. Para destacar a centralidade do oxigênio dissolvido fazemos a seguinte analogia: quantos dias um ser humano pode resistir sem alimento, água e ar? Os humanos são capazes de suportar várias semanas sem comida, alguns dias sem água, porém, poucos minutos sem oxigênio. Com os organismos de cultivo esta analogia é perfeitamente válida: quantos dias os nossos peixes, camarões e moluscos podem viver sem alimento? Quanto tempo sem oxigênio?

 

Avanços tecnológicos na aeração/oxigenação da água

Quanto maior a biomassa, maior será a demanda de oxigênio por parte da unidade de cultivo. Nos primórdios da aquicultura, quando se praticavam densidades muito baixas e os alimentos balanceados ainda não tinham sido desenvolvidos, a capacidade de carga do sistema estava determinada pela quantidade de oxigênio que o fitoplâncton era capaz de produzir durante o dia. Igualmente, o sucesso do cultivo dependia da intensidade da queda do oxigênio durante a noite, queda ocasionada pela respiração do fitoplâncton e da matéria orgânica depositado no fundo. Entretanto, com o passar dos anos, foram desenvolvidos os sistemas intensivos, independentes da fotossíntese, onde o fornecimento do oxigênio passou a ser considerado o fator sine qua non (sem o qual não pode ser).

Há várias formas de se fornecer oxigênio numa unidade de cultivo. A mais simples de todas, ainda praticada nos cultivos de baixa densidade, é a troca de água.
Por sua vez, o método mais sofisticado consiste na aplicação de oxigênio líquido ou em alta pressão. No primeiro caso (oxigênio líquido) irão se precisar de equipamentos complementares tais como tanques criogênicos de estocagem (o oxigênio líquido ferve a -182,96 °C), colunas de gasificação e cones de saturação antes de difundir o oxigênio na coluna de água. No segundo caso (oxigênio em alta pressão), o oxigênio concentrado é diretamente aplicado na água por meio de pedras de aeração. O uso de oxigênio líquido ou de alta pressão é comum em cultivos com bioflocos microbianos (BFT) e em sistemas de recirculação (RAS). Se a troca de água é o método mais simples, e a aplicação de oxigênio puro o mais sofisticado, o mais estendido é, sem dúvida alguma, a aeração mecânica.

 

Aeração e saturação do oxigênio dissolvido

A aeração mecânica define-se como a transferência do oxigênio atmosférico para a coluna de água através da interfase líquido-ar potencializada pelo aumento da turbulência na superfície. É bom destacar que, ao contrário do que acontece com a fotossíntese e o uso de oxigênio puro, a aeração mecânica nunca será capaz de supersaturar a água de oxigênio. Na maioria dos casos, os aeradores mecânicos são ligados à noite para garantir que a saturação não caia abaixo de 50%, garantindo assim o bom desempenho dos animais que estão sendo cultivados. Por exemplo, se de acordo com a temperatura e a salinidade da água temos 7 mg de O2/L, o 50% de saturação seria 3,5 mg/L, concentração que deve ser mantida como mínimo, sob risco de submeter os animais a longos períodos de estresse, com a consequente perda de crescimento e o aumento da conversão alimentar. É verdade que os organismos são perfeitamente capazes de suportar concentrações de oxigênio muito baixas (1 a 2 mg/L); mas, também é verdade que nestas concentrações os indivíduos sofrem uma queda dramática da sua capacidade imunológica, o que pode provocar a aparição de doenças infecciosas e, inclusive, epizootias em larga escala.

 

SOTR e SAE: mais do que siglas, importantes conceitos!

Nos viveiros onde são usados aeradores mecânicos, o número de aparelhos está determinado por duas grandezas: a demanda total de oxigênio (DTO) e a eficiência do aerador. A DTO vem a ser a somatória da respiração da água, do fundo e dos animais. A eficiência dos aeradores consiste na quantidade de quilogramas de oxigênio que os aparelhos são capazes de transferir numa hora de funcionamento (kg O2/h), também conhecido como SOTR (Standard Oxygen Transference Rate). Dividindo o SOTR pelo consumo de energia obtemos o SAE (Standard Aerator Efficiency), o qual é expresso em termos de kg O2/kwh.

A partir do preço de cada kwh de energia elétrica é possível calcular o custo de cada quilograma de oxigênio dividindo o preço desta energia pelo SAE do aerador. Por exemplo, se o preço do kwh de energia for de R$ 0,20 e o SAE 2,3 kg/kwh, o custo do kg de O2 seria R$ 0,086. Entretanto, se o SAE for menor (aerador de baixa eficiência), automaticamente o custo do kg de O2 será maior (calcule você mesmo o custo do quilograma de oxigênio considerando R$ 0,20 por kwh e um SAE de 1,2 kg/kwh). Na seguinte tabela pode ser constatado o número de aeradores por hectare e o custo do kg de O2 de vários aeradores em função do SAE.

Tabela 1. Número de aparelhos e de HP por hectare para cinco tipos de aeradores considerando uma salinidade de 35 ‰, uma demanda total de oxigênio de 12,5 kg/h e um preço do kwh de R$ 0,20.

Conforme pode ser observado, os aeradores mais eficientes são o “E” e o “B”, por possuírem o menor custo por quilograma de oxigênio transferido. É importante destacar que a quantidade de HP por hectare não representa adequadamente a capacidade instalada da aeração, pois a mesma depende diretamente do SAE do aparelho. Como regra, pode-se afirmar que quanto maior for o SAE, maior será a eficiência energética do aparelho e, por tanto, menor a conta de luz no final de mês, conforme pode ser verificado na Tabela 2.

Tabela 2. SOTR e SAE de um aerador hipotético de 2 HP (1,48 kw) operando em diferentes salinidades (5 a 50 ‰), custo do kg de O2, número de aeradores por hectare e preço da energia elétrica por hectare/mês de um viveiro com demanda total de oxigênio de 12,5 kg/h, considerando 8 horas de funcionamento por noite e um preço de R$ 0,20 do kwh de energia elétrica.

 

Tipos de aeradores, salinidade e eficiência

O mercado dispõe de marcas de aeradores para todos os gostos e necessidades. Entretanto, os aeradores podem ser classificados em dois tipos: os que injetam ar na água e os que lançam água no ar. No primeiro tipo encontramos os sopradores acoplados a difusores, os injetores de ar tipo Venturi e as turbinas injetoras (propeller-aspirator-pump). No segundo tipo temos os aeradores de pás (paddle-weels) e os circuladores verticais (chafariz). Por causa da pressão hidrostática, que dificulta a difusão do oxigênio para dentro da água, os aeradores que injetam ar na água são ligeiramente menos eficientes daqueles que lançam água no ar. Entretanto isto não significa que os aeradores do primeiro tipo não devam ser usados.

Estes aeradores são altamente recomendáveis em viveiros que possuem profundidades superiores a dois metros, e quando se pretende provocar uma circulação tangencial no fundo do viveiro a fim de concentrar sedimentos num ponto específico (em viveiros revestidos com geomembrana). É conhecido também que os aeradores, independentemente de como transferem oxigênio na água, são mais eficientes em água salgada do que em água doce, alcançando a sua máxima eficiência em 30 ‰ (Tabela 2). Isto tem explicação na tensão superficial, a qual é mais elevada quanto mais alta for a salinidade, fazendo com que as gotas de água ou borbulhas de ar sejam muito pequenas, dando como resultado uma área de intercâmbio gasoso consideravelmente maior. Não é de se estranhar que os cultivos realizados em água doce demandem mais aeradores do que os cultivos praticados em água salgada.


Figura 1. Aerador circulador vertical (chafariz) e  a direita, aerador do tipo “turbina injetora”.

A pressão atmosférica também possui a capacidade de afetar a eficiência dos aeradores. No nível do mar, com uma pressão de 760 mmHg (101,3 kPa), os aeradores terão seu máximo desempenho devido à maior solubilidade do oxigênio atmosférico. A medida que altitude aumenta, a solubilidade do oxigênio diminui e os aeradores se tornam menos eficientes. Em testes realizados a 2.000 m.s.n.m, com pressões de aproximadamente 598 mmHg (79,7 kPa), foi observado que os aeradores perdem quase 50% da sua eficiência quando comparados com testes realizados em nível do mar.


Figura 3. Aerador de pás.

 

Conclusões

Em resumo, o critério que deve nortear a escolha de um aerador, seja este de superfície ou de injeção, é o SAE (kg O2/kwh). Quanto maior o SAE, menor será o número de aeradores por hectare e, consequentemente, menor o gasto com energia elétrica. O melhor cenário para tirar o máximo proveito de um aerador seria no nível do mar e com salinidades entre 25 a 35 ‰. Já que o fitoplâncton e a matéria orgânica depositada no fundo são responsáveis por mais de 90% da demanda total de oxigênio durante a noite, e já que quanto mais alta for a respiração maior será o número de aeradores, transparências de água entre 30 e 40 cm, assim como o uso de rações com alta digestibilidade, podem resultar numa economia de energia elétrica significativa.

tags: