Lunes, 27 de agosto de 2007
Publicado por blur0078 @ 19:56
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Introducci?n

fotos.miarroba.com


La mayor?a de los desechos org?nicos no deseados en nuestros acuarios se adhieren a la superficie de una interfase l?quido-gas. Estos materiales de "superficie activa", incluyendo los desechos de los peces, el alimento que no fue comido y la materia en descomposici?n es a lo que atribuimos la contaminaci?n de nuestros tanques. Asociamos esta basura con el incremento de algas da?inas, las explosiones de cianobacteria y en general con la mala apariencia de nuestros tanques. Mientras agregamos nuevos peces y/o incrementamos la cantidad de comida en nuestros tanques deseamos poder remover todos los contaminantes generados potencialmente. La buena noticia es que podemos reducir la presencia de estos productos en nuestros tanques antes de que causen problemas. Una forma de remover los desechos org?nicos de un acuario es a trav?s de la formaci?n de espuma (espumar).

Hace algunos a?os en la industria de tratamiento de aguas residuales se invent? el espumador prote?nico. Se us? principalmente para reducir la carga biol?gica en el agua que pasar?a por los reactores de lodos activados. Esta t?cnica explota la caracter?stica de los desechos org?nicos de adherirse a burbujas de aire. En t?rminos sencillos, el agua de un acuario cargada de desechos org?nicos se pone a reaccionar con una columna de burbujas, estos desechos org?nicos se pegan a la espuma, que despu?s es retirada. La espuma se produce cuando un gas pasa a trav?s de un l?quido que contiene grandes cantidades de surfactantes (substancias que reducen la tensi?n superficial).

En las siguientes secciones de este art?culo me gustar?a explorar los principios b?sicos de los espumadores prote?nicos (tambi?n conocidos como separadores de espuma, generadores de espuma, desnatadoras o colectores de aire), discutir como funciona la generaci?n de espuma y algunos de los espumadores com?nmente disponibles.

Entonces, ?Qu? estamos tratando de remover?
Por supuesto que el excremento de los peces. Honestamente, las prote?nas desechadas son solo una peque?a parte de todo lo que deseamos eliminar. Seg?n Millero [1], la concentraci?n de prote?nas en el agua marina (como amino?cidos) est? entre 0.02 y 0.25 ppm (20 a 250 mg/l). Esto es como un 2 a 3% de los compuestos org?nicos presentes en el agua de nuestro tanque. Sin embargo, los datos presentados por Shimek [2] de un estudio realizado en 23 tanques de ornato mostraron concentraciones de prote?nas de 0.00 a 0.00+, sugiriendo que estos estaban pr?cticamente libres de las prote?nas que son detectables. Existen algunos otros desechos org?nicos que son m?s f?ciles de detectar son las aminas primarias y secundarias, az?cares, alcoholes y los ?cidos grasos. La medici?n de l?pidos (grasas) estuvo en promedio entre 1.361 y 0.940 ppm con un m?ximo de 3.20 y un m?nimo de 0.00 en el mismo estudio [2]. Entonces las preguntas son: ?Qu? remueven los espumadores prote?nicos? O m?s importante a?n ?Por qu? los llamamos espumadores prote?nicos cuando no hay prote?nas que remover?

Compuestos Org?nicos Disueltos (CODs)
Los CODs son las mol?culas de desperdicio que los espumadores est?n dise?ados para remover; estas son generadas como subproductos de la descomposici?n de los materiales biol?gicos. Esta contaminaci?n no s?lo proviene de la introducci?n deliberada de alimentos en nuestro tanque sino tambi?n de la descomposici?n de materia org?nica natural (bacteria, algas, etc.). Los CODs son mol?culas bipolares; estos surfactantes son atraidos por las interfases aire/agua (ej. Las burbujas). Una mol?cula bipolar contiene uno o m?s ?tomos que tiene afinidad con el aire, y uno o m?s que la tienen con el agua. Un espumador explota esta diferencia de la siguiente forma:

"Al moverse una burbuja de aire a trav?s de una columna de agua con materia org?nica, las mol?culas de prote?nas el?ctricamente cargadas (las cuales contienen regiones el?ctricamente polares y no polares) son atra?das a la interfase aire / agua de la burbuja. Las regiones polares de la mol?cula (formada por ?tomos de nitr?geno, ox?geno, etc.) son atra?das por la interfase aire / agua, estas "colas" polares se separan de la burbuja hacia la columna de agua. Las regiones no polares se pegan a la burbujade aire porque no les "gusta" estar en contacto con el solvente polar (Ej. agua). Si se pudiera observar la burbuja en un acercamiento a nivel molecular parecer?a una esfera difusa con "colas" de prote?nas y otras "colas" el?ctricamente cargadas tratando de separarse de ella. La regi?n polar que rodea a la burbuja la estabiliza de la misma forma que sucede con las burbujas de jab?n en el lavabo o en la lavadora de platos. Por esta raz?n se empieza a formar espuma en la superficie del espumador. Conforme las burbujas cargadas de prote?nas alcanzan la parte superior del espumador, estas prote?nas se acumulan y forman una espuma estable. Las burbujas de esta espuma estable tardan mucho tiempo en estallar, luego entonces las prote?nas se acumulan en la parte superior del espumador donde son empujadas lentamente a trav?s del "cuello" de ?ste hacia la taza de recolecci?n."
Esta descripci?n escrita por Shane Graber, se encuentra en su totalidad aqu?.

Mientras m?s tiempo est?n en contacto los CODs con las burbujas, una mayor cantidad se adherir?n a las burbujas para ser removidos. Mayores tiempos de contacto permiten que las mol?culas menos adherentes sean atra?das y "pegadas" a las burbujas. Adem?s de los CODs otros compuestos tambi?n pueden ser removidos, Estos pueden ser los COVs (Compuestos org?nicos vol?tiles), COP (compuestos org?nicos en part?culas), alimento para peces, elementos traza, metabolitos secundarios de los corales suaves, bacterias, macro y micro plankton, huevos de coral y esperma y otros compuestos similares

De acuerdo, as? que ?C?mo fabricamos un espumador prote?nico?
Consideraciones te?ricas vs. la realidad
Si construy?ramos un generador de espuma de la forma m?s sencilla, este parecer?a un tubo donde inyectamos peque?as burbujas en su parte central y baja. El agua cargada de desechos se bombear?a dentro de este tubo con la intenci?n de que los desechos se adhieran a las burbujas. Si recuerdas lo visto en la secci?n de CODs, las burbujas funcionan como un absorbente, y las mol?culas de desecho se adhieren a este y son removidas en forma de espuma. Con esta descripci?n exploremos las partes de un espumador sencillo.

Un espumador tiene al menos tres partes:

1. El cuerpo del espumador, donde se lleva a cabo el contacto entre los CODs y el agua.
2. El ?rea de separaci?n de espuma o tubo de elevaci?n, donde se separa la espuma con desechos org?nicos del agua.
3. La taza de recolecci?n, donde la espuma se desborda del tubo de elevaci?n y es drenada (imagen abajo).



Organic laden foam collected= espuma cargada de desechos org?nicos colectada,
organic laden water in = entrada de agua cargada con desechos org?nicos,
Air bubles= burbujas de aire, Water out= salida de agua.

Esta descripci?n en realidad puede tener muchas formas y la diversidad de espumadores disponibles sugieren que esto es cierto, la realidad es que la descripci?n que hice de la forma del espumador no se parece a los que hay actualmente disponibles, esto hace que los aficionados se confundan. Con tantos espumadores disponibles en el mercado ?Cu?l es el "mejor" para su tanque?. La conclusi?n es; NINGUNO es el mejor. Muchos aficionados buscan el espumador perfecto, uno que remover? todo el desperdicio org?nico del tanque, ser? de tama?o compacto, barato de operar y requerir? muy poco mantenimiento. En realidad ?Qu? espumador usar? es una adivinanza. Lo que sabemos es que la efectividad en la remoci?n de desperdicios org?nicos depende del dise?o del espumador. La confusi?n se suscita cuando el aficionado se enfrenta a la publicidad de los fabricantes. Lemas como: "El Cycloskim2000 de solo 45 cm de altura f?cilmente remueve los desechos de su tanque de 100 galones con solo 1 watt de energ?a" son comunes en la publicidad de los fabricantes, la pregunta es ?C?mo separamos la verdad de la publicidad? Para m?, la manera m?s sencilla de decidir que espumador comprar es entendiendo algunos principios te?ricos del espumado y luego aplicarlos en la pr?ctica. En el cap?tulo 9 del libro Ingenier?a de Sistemas Acu?ticos: Dispositivos y C?mo funcionan, P.R.Escobal 2000 [3], Escobal presenta algunos principios te?ricos que pueden "redondear" la eficiencia del espumador. Estos se presentan originalmente en forma de tabla #1.

Segunda Ley: La taza de bombardeo (n?mero de veces que una burbuja de aire limpia topa con una gota de agua) depende de la duraci?n del intercambio con el agua del tanque y del di?metro del espumador.
Tercera Ley: Longitudes o alturas mayores s?lo aumentan el tiempo absoluto de contacto pero no afectan la taza de bombardeo.
Quinta Ley: El flujo de aire que entra al espumador deber? producir una explosi?n ascendente de burbujas con m?nima turbulencia y es te?ricamente determinado en funci?n de: el di?metro del espumador, su longitud, la taza de bombardeo y el tiempo absoluto de contacto.
Sexta Ley: El valor de la taza de bombardeo dentro del espumador, su longitud, di?metro y flujo de aire deber?n ser los correctos para tener una operaci?n ?ptima.

Tabla #1


Simplificar y resumir estas "leyes del espumado" nos permite enfocar nuestro esfuerzo para tener un espumado ?ptimo (Tabla 2). Esta es una lista de principios donde hay cuatro par?metros que deber?n ser considerados.




Consideraciones para el dise?o del espumador

? El flujo de agua a trav?s del espumador
? La altura del espumador
? La cantidad de aire bombeada dentro de la c?mara de reacci?n del espumador
? El di?metro del espumador



Tabla #2




1) Para un espumado ?ptimo el flujo de agua a trav?s del espumador deber? ser lo suficientemente lento para permitir la interacci?n entre las burbujas de aire y los desechos org?nicos. El mejor dise?o para lograr esto es en espumadores donde el flujo de agua es contrario al flujo de las burbujas. Estos son llamados espumadores de contra-corriente. Sin embargo, el termino lento es relativo.
2) Construir la c?mara de reacci?n del espumador tan larga como sea posible para maximizar el tiempo en que est?n en contacto el agua con el aire dentro del espumador. Bombear tanto aire en la c?mara de reacci?n como sea posible. La clave para la inyecci?n del aire depende de dos cosas: a) mantener las burbujas lo m?s peque?as posibles, b) reducir la turbulencia potencial de las burbujas dentro de la c?mara de reacci?n.
3) El di?metro del espumador deber? incrementarse en proporci?n a la cantidad de agua que se espumar?. A mayor cantidad de agua para espumar, mayor el di?metro del espumador.

Recuerda que estos son principios te?ricos y algunas veces las teor?as son s?lo eso, teor?as. La realidad puede ser diferente. Un ejemplo, asumamos que quieres construir el mejor espumador para un tanque de arrecife de 100 galones. Utilizando las leyes del espumado que mencionamos, el espumador deber? ser de entre 5 y 6 pies de alto, con una c?mara de reacci?n de 8 pulgadas de di?metro y con un flujo de agua de 2 veces el tama?o del tanque al d?a, deber?a tener una espuma muy densa formada por burbujas de 0.2 a 0.5 mm, inyectadas en el modo contra-corriente. Entonces aunque este parecer ser el mejor espumador, en mi opini?n es impr?ctico para muchos aficionados. Aqu? es donde podemos hacer a un lado la teor?a tal como est? escrita y tomar algunos ejemplos del mundo real.

?Se puede logra un buen espumado utilizando espumadores peque?os y delgados o espumadores con altos flujos de agua?, Si. ?Ser?n tan eficientes como el espumador te?rico descrito arriba?, Tal vez no, pero si ser? suficiente para los requerimientos de la mayor?a de los aficionados. Los fabricantes de espumadores usan largas c?maras de reacci?n y aunque no cumplen a carta cabal las "leyes del espumado" sus espumadores son eficientes. Para eliminar la necesidad de largas c?maras de reacci?n los fabricantes han encontrado soluciones ingeniosas para aumentar el tiempo de reacci?n: el uso de un flujo de triple pasada y tubos de inyecci?n de aire invertidos de igual longitud que la c?mara de reacci?n equivale a duplicar o triplicar la longitud de la c?mara de reacci?n. Los patrones del remolino de agua tambi?n incrementan los tiempos de reacci?n. Para maximizar la densidad de burbujas los fabricantes han incorporado en sus dise?os cabezas de inyecci?n de aire en forma de spray, v?lvulas venturi y otras cabezas generadoras de espuma (como la v?lvula Beckett).La introducci?n de cabezas generadoras de espuma elimina la necesidad de piedras aereadoras y bombas de aire, muchas de estas cabezas producen una cantidad de aire mucho mayor que cualquier combinaci?n de piedra / bomba.

Cita: "Si lees a Escobal, descubrir?s que el tiempo de permanencia, el di?metro y el volumen de aire influyen en la operaci?n del espumador. Nada en este libro explica como funciona el Hot-1, pero a los usuarios les gusta." CWA46, Nashville, TN.

Examinemos unos cuantos de los espumadores disponibles en el mercado y como son optimizados para espumar eficientemente.


Espumadores de contra-corriente (CC) por aire
Los espumadores por aire son los primeros que se dise?aron para los acuarios caseros y afortunadamente son de los m?s eficientes. Pero tambi?n son los que requieren mantenimiento constante y pueden ser costosos. Estos espumadores usan aereadores de madera y una poderosa bomba de aire para producir sus burbujas. Tienen un excelente volumen y consistencia de espuma cuando operan con aereadores nuevos (no tapados). Seg?n Theil [4], la altura m?nima recomendada para un espumador CC por aire es 28" y debe tener de 2 a 3 piedras aereadoras por cada 4" de ancho. De esta forma un espumador de 6" de di?metro deber? tener entre 4 y 6 piedras. Dependiendo de la carga org?nica del tanque los aereadores deber?n ser remplazados cada uno o dos meses y hay que revisar constantemente el diafragma de la bomba y reemplazarlo cuando se debilite. El razonamiento de Theil para la altura de un espumador CC se basa en que el agua y las burbujas deben interactuar durante un periodo de tiempo y distancia determinados y los espumadores de menos de 45 cm no cumplen con esta caracter?stica. Los veteranos del hobby consideran que este tipo de espumador produce la espuma con m?s consistencia y calidad. Este tipo de espumador cumple cabalmente con nuestras "leyes del espumado" y cuando se ajusta adecuadamente parece ser el que da los mejores resultados. Este modelo es muy socorrido por los "h?galo usted mismo" por ser f?cil de construir y requerir de pocas habilidades de construcci?n.

Espumador Venturi
Los espumadores venturi utilizan un inyector venturi para crear las burbujas de aire. Estos espumadores tienden a ser mas cortos que los tipo CC y requieren una poderosa bomba para alimentar al inyector venturi. Para obtener una explicaci?n de c?mo funciona el inyector Venturi ver el recuadro en este art?culo [5]. Una de las razones por las que com?nmente se utilizan los espumadores venturi en los acuarios caseros es por que los inyectores venturi producen grandes cantidades de burbujas. Uno de los inyectores venturi m?s comunes es el inyector Mazzei?(imagen a la derecha). Cuando se unen a una bomba de alto rendimiento, estos inyectores producen grandes cantidades de finas burbujas. La calidad de la burbuja tiende a ser muy buena, y la mezcla aereada se inyecta en la c?mara de reacci?n con un patr?n espiral para maximizar el tiempo de contacto. Un Inyector Mazzei? de una pulgada puede generar 240 pies c?bicos por hora de aire. El Lifereef VS2es un ejemplo de los espumadores que utilizan este inyector. Otro tipo de espumador venturi es el de cabeza Beckett. La Cabeza generadora de espuma Beckett esta dise?ada para incrementar la cantidad de aire que se mezcla con el agua. Los espumadores que utilizan esta cabeza normalmente la tienen colocada por encima del nivel de agua y la distancia extra que se genera con esto incrementa el tiempo de reacci?n. Adicionalmente los fabricantes han empezado a inyectar el agua aereada en forma tangencial a patrones de movimiento espirales lo que tambi?n incrementa el tiempo de contacto. Lo m?s obvio cuando se utiliza una cabeza Beckett es la densidad y consistencia de la espuma; excede a cualquier otra estrategia actual de aereaci?n. El espumador Precision Marine BulletXL es un ejemplo de los que utilizan esta tecnolog?a (imagen a la Izquierda).

Espumadores Downdraft? (bajada a presi?n)
El espumador downdraft? se dise?a de manera diferente al resto de los espumadores; utiliza una corriente de agua que es rociada a alta velocidad en una columna que contiene bio-bolas. El material de esta columna rompe el flujo y forma burbujas. Despu?s que las burbujas pasan a trav?s de la "columna de bio-bolas" entran a una c?mara colectora donde son desviadas hacia arriba, hacia el cuello y el colector de espuma del espumador.

En este tipo de espumador la longitud de la trayectoria del agua a trav?s de la columna de bio-bolas, la c?mara colectora y el cuello del espumador incrementa de forma efectiva el tiempo de reacci?n. Adicionalmente la ruptura de la corriente de agua resulta en una gran cantidad de burbujas y espuma. Estos espumadores requieren bombas muy poderosas para funcionar correctamente y tienden a ser de gran tama?o. Un espumador que utiliza este dise?o es el ETSS? Gemini 800.

Espumadores de propela de aspiraci?n (Pulverizaci?n de aire)
Este estilo de espumador ofrece una variaci?n ?nica de un sistema barato de aereaci?n. Esencialmente, si dirigimos aire a la c?mara de la propela de una cabeza de poder o bomba peque?a se crean burbujas. La propela t?pica (fig. #7b), La propela especializada de agujas (fig. #7c) y la rueda de agujas (fig. #7d) toman estas burbujas y las rompen en tama?os muy peque?os como las que se encuentran en los espumadores de piedra aereadora. Estas unidades son ?nicas por que tienen un flujo de agua muy lento y son baratas de operar por que utilizan bombas muy peque?as. Una preocupaci?n que empieza a surgir con estos espumadores es la durabilidad de estas propelas especializadas. Como estas propelas de agujas colocan la carga en la parte exterior de la rueda (y no al centro donde esta el eje), tienen ?ndices de falla mayores que las propelas normales. Dos espumadores que utilizan propelas especiales de agujas son el Turboflotor 1000 y el Euro-Reef. Un espumador que utiliza una propela normal con la funci?n de pulverizaci?n es el Klaes de origen Alem?n. Su descripci?n se encuentra aqu?.


(Figura #7b)
Propela regular

(Figura #7c)
Rueda de agujas especializada (Figura #7d)
Rueda de picos


Resumen de los espumadores m?s comunes:

Espumadores de contra-corriente (CC) por aire: low water flow, good foam production (with new air stones), good bubble size, maximum contact times (with taller units), frequent maintenance and requires frequent water height adjustments (called tuning).

Venturi: buen flujo de agua, buena producci?n de espuma, requiere una bomba potente, la v?lvula venturi tiende a taparse (Lifereef tiene una v?lvula venturi con auto-limpieza).

Espumador de cabeza Beckett: Gran flujo de agua, m?xima producci?n de espuma, tiempo de contacto moderado (se puede incrementar con patrones de espiral), requiere bombas muy potentes, la cabeza Beckett requiere ser limpiada.

Downdraft?: buen flujo de agua, excelente producci?n de burbujas, excelente tiempo de contacto. Tienden a ser altos y estorbosos (El ETSS 1000 es m?s alto que 1.5 m), requiere bombas potentes para producir las burbujas.

Espumadores de aspiraci?n: Bajo a moderado flujo de agua, buena producci?n de espuma, buen tama?o de burbuja, excelente tiempo de contacto, requiere propela especializada o rueda de agujas, La rueda de agujas ha demostrado ser su punto d?bil.

Algunas palabras sobre el mantenimiento de espumadores: para asegurar un desnatado m?ximo, hay que limpiarlos peri?dicamente. Vaciar con frecuencia la copa de recolecci?n y limpiar la materia org?nica alojada en el cuerpo y cuello del espumador. Este lodo org?nico es lo que el espumador remueve del agua y por ning?n motivo debe permitirse que caiga de nuevo al tanque. Limpia las v?lvulas de aire con frecuencia y remueve las incrustaciones de sal o part?culas que obstruyan las entradas de aire, tambi?n debes estar pendiente de peque?as conchas y fragmentos de roca que pueden ser atrapados en la v?lvula venturi y en las entradas de la cabeza de poder o bomba, estos deben ser removidos para que el espumador trabaje con eficiencia. Si se usan aereadores y bombas de aire, reemplaza los aereadores cada uno o dos meses y revisa el diafragma de la bomba para asegurarte que se est? produciendo la cantidad de aire m?xima posible. Los espumadores requieren una presi?n grande y constante por parte del diafragma de la bomba de aire para funcionar correctamente. Si el espumador requiere una bomba de agua para generar burbujas, aseg?rate que la bomba que activa el venturi o cualquier otro dispositivo de inyecci?n de aire trabaja eficientemente, bombas d?biles causan que los espumadores trabajen pobremente.

En resumen
Los espumadores prote?nicos pueden ser una efectiva forma de reducir los problemas relacionados con la acumulaci?n de desechos en nuestros tanques. La aplicaci?n de los espumadores ha sido asociada con la reducci?n de los desechos (reducci?n de CODs), la reducci?n del crecimiento de alga e incremento en la calidad del agua. Muchos de los espumadores disponibles en el mercado son demasiado peque?os (en di?metro y altura) y/o con poco poder para remover efectivamente suficientes desechos org?nicos. Como regla general los espumadores altos funcionan mejor que los peque?os. El aficionado necesita asegurar que la producci?n de burbujas sea maximizada (burbujas peque?as trabajan mejor que grandes), y como consecuencia el agua en la c?mara de reacci?n deber? parecer blanca y lechosa. La espuma producida en el espumador debe moverse continuamente hacia arriba para que pueda ser colectada y removida del sistema. Un comentario final sobre la consistencia del producto obtenido en el espumador: este tema es siempre sujeto de debate (Ej. espeso, color de lodo y seco contra h?medo con color de t? helado (imagen arriba izquierda)) ya hablare sobre esto en un pr?ximo art?culo. Pero dejo ahora este tema diciendo: tu quieres colectar producto de desecho (cualquiera), y cualquiera es mejor que ninguno.
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