PROGRAMA DE FUNDACION CHILE EN INGENIERIA DE RECIRCULACIÓN

Gustavo ParadaMarzo 2006

FUNDACIÓN CHILE.

•Su misión es aumentar la competitividad de los recursos humanos y sectores productivos y de servicios, promoviendo y desarrollando innovaciones, transferencia y gestión tecnológica de alto impacto para el país.

www@fundacionchile.cl

Factores claves para el desarrollo acuícola

Tecnología Básica

Pool genético

Nutrición

Alimentación

Salud

Ambiente

Calidad

Valor agregado, tecnología de proceso,

conservación, transporte...

Biotecnología

AcuiculturaValor de la

materia prima

Valor del producto

MERCADO

Análisis de mercado y Estrategia comercial

Feed back

Mejoramiento Genético

Reproducción

Ingenierías duras

Ingenierías blandas

Final de 1999

A critical process in sanitary management

Seawater

Freshwater

High risk of having infected fish transported

to sea sites

Transport stress + Prevalence of diseases =Inmunodepresion Outbreaks in seawater

Brood stock withhigh risk of beenpositive to IPN, SRS or BKD istransported to

fresh water

Horizontal and vertical transmissionLakes positives to IPN

Solutions

Seawater

FreshwaterHatchery

Smoltification

Smolts inmunodepresed recovers their fitness in a clean fallowed sea site

Brood stocks: Completes its cycle in a free of disease close system

Certified free of disease eggs

Smolts in close systems

Healthy and vaccinated fish are transported to empty sites

Brood stocks

Certifiedimportedeggs

Qua

rant

ene

sche

me

FUNDACIÓN CHILE.

Año 2000:

•Requerimiento de varias aplicaciones para la estrategia sanitaria en la industria del salmón

•Déficit de conocimientos disponibles en Chile.

•Necesidades a corto plazo para producción de peces marinos.

Entre Ingenierías duras

Incorporación de recirculación de agua se vio como prioritaria para:

•Mejorar los procesos de producción salmón en agua dulce•Desarrollar hatcheries marinas de nuevas especies•Mejorar proceso de engorda marinas en tierra•Mejorar procesos de engorda agua dulce

No hay oferta nacionalSe requieren soluciones específicasReducir dependencia tecnológica

SIN recirculación

Unidades decultivo

PecesAlimento

Agua fresca Agua descartada

NH3CO2Sólidos SuspendidosO2 residual

Alto flujo Bajo control:De contaminación SanitariaQuímica o PartículasIngreso no controlado de nutrientes

Colonización aleatoria conmicroorganismos

CON recirculación

EFFECTO DEL ALIMENTO UTILIZADO

11

• Especie

• Recursosdisponibles

• Diseño del manejoproductivo

• Determinación de cargamáxima por estanque

• Determinación de cargamáxima del sistema

• Tipo y número de estanques• Rango de pesos y densidades• Tipo de alimento seleccionado• Cantidad de alimento• Crecimiento de los peces• Programa de manejos

• Especificación de equipos:• Separador de sólidos• Biofiltración• Decarbonatación• Oxigenación

• Requerimientos de la especie> rango T°> Nivel críticos de O2, CO2, NH3 …

• Modelo biológico• Modelo de operación• Tipos de alimentos• Escala

CAPACIDAD DE UN SISTEMA:Planificación de un Sistema de Recirculación

Producción de amonio

• Se puede estimar por:

– Estimación en baseal alimento consumido sobreestima9,2% de la proteína excretada como NAT

(ver páginas. 98, 99 y 112)

– Balance simple de nitrógeno AproximadaIncompleta

– (Proteína alimentada/día – Proteína retenida/día)/6,25 = NAT/día

– Modelo nutricional CatabolismoAnabolismo

Modelo de crecimiento

Modelo deconsumo de O2

Modelo de composicióncorporal

Wo

T

Especie

SGR

qO2

Composición inicialMas probable de losPeces L%; P%

Wf

Tiempo

qO2

Modelo nutricional fig. 1

Composición finalMas probable de losPeces L%; P%Otros

Peso inicial Wo

Peso Final:Wf = Wo Exp(∆t*SGR)

Periodo de tiempo (∆t)

RequerimientoPor O2 yNutrientes

Crecimiento Esperado

Calidad EsperadaQO2=Oxidación de

Nutrientes

Producción de•NH3•DBO

AlimentoCalidadCantidad

Alimentación

Oxígeno

SYSTEM

N

Recursos Nec

esid

ad

Resultado

Modelo nutricional fig. 2

Composición inicialMas probable de losPeces L%; P%

Composición finalMas probable de losPeces L%; P%

Modelo de crecimiento (SGR)

Modelo base SGR = SGRo x Ln(W) x Ta

Specific growth rate vs Mean weight of fish

0,0%

0,5%

1,0%

1,5%

2,0%

2,5%

3,0%

3,5%

4,0%

0 1.000 2.000 3.000 4.000

Mean Weight

SGR

(kg

grow

th /

kg fi

sh /d

ay)

Modelo nutricional fig. 3

Modelo de composición

Lipids {W}

y = 9,0484E-04x6,4115E-01

R2 = 9,7749E-01

0,0%2,0%4,0%6,0%8,0%

10,0%12,0%14,0%16,0%18,0%

1 10 100 1000 10000

Salar Lipids L%trout Potencial (Salar Lipids)

Modelo nutricional fig. 4

Protein {W}

10,0%

12,0%

14,0%

16,0%

18,0%

20,0%

22,0%

0 1 10 100 1000 10000

Salar PR fingerlings adults Other

Modelo nutricional fig. 5

Modelo de composición

Composition Salmo salar

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

23/10/92 31/01/93 11/05/93 19/08/93 27/11/93 07/03/94

Sam

ple

%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Sam

ple

Wt [

g]

Protein Lipids Wt

Modelo nutricional fig. 6

Modelo de composición

CH 1,98N 0,28O 0,55 + 1,01 O2 0,28NH 3 + 0,57H2O + CO2

CH 1.70 O 0,11 + 1,37 O2 0,85H2O + CO2

Catabolismo de nutrientes

Aminoácidos (harina de arenque)

Ácidos grasos (aceite de pescado)

Modelo nutricional fig.7

Catabólisis

2,858 g

0

2,854 g

1 g Lípido catabolizado

1 g CHO catabolizado

1 g Proteína catabolizada

1,630 g1,940 gCO2

producido

00,206 gNH4 excretado

1,185 g1,445 gO2 requerido

Modelo nutricional fig. 8

FEEDComposition Digestibility

Protein 52,0% 90%Fat 22,0% 90%Carbohidrates 8,2% 30%Fibre 0,8% 0%Ash 10,0%Water 7,0%

Over feeding rate 13%Period analysed [days] 1Temperature [ °C ] 14

Time cero conditionsN (fish number) 100000W ( average weight [g]) 80P% (protein content) 18,1%L% (lipid content) 1,50%

SGR (1/day) 1,45%qo2 242 mg/kg/hr

Final conditionsW ( average weight) [ g ] 81P% (protein content) [%] 18,2%L% (lipid content) [%] 1,52%

Biomass Increase [ kg ] 117Protein retention [kg] 27,2Lipids retention [kg] 2,9

Oxigen used [ kg ] 46,48

Modelo nutricional fig. 9

Feed given Wasted Ingested digested excreted Retained [kg] CatabolizedTotal X 0,129X 0,871X 0,601X 0,269X 30,1Protein 0,52X 0,067X 0,453X 0,408X 0,045X 27,2 0,408X-27,2Lipids 0,22X 0,028X 0,192X 0,172X 0,019X 2,9 0,172X-2,9Carbohidrate 0,082X 0,011X 0,071X 0,021X 0,05X 0,021X-0Fibre 0,008X 0,001X 0,007X 0X 0,007XAsh 0,1X 0,013X 0,087X 0X 0,087XWater 0,07X 0,009X 0,061X 0X 0,061X

1,445x(0,408X-27,2) + 2,854x(0,172X-2,9) + 1,185x(0,021X-0) = 46,48Feed utilized [ kg ] 85

EMISIONSUneaten Feed 11,0 kg/day 13%Feaces 17,7 kg/day (dw) 21%

protein 3,8 9%lipids 1,6 9%carbohidrates 4,2 61%fibre 0,6 87%ash 7,4 87%

N-NH3 1,26 kg/dayCO2 51,0 kg/day

BOD 15,9 kg O2 / dayPotential N-NH3 0,79 kg/day

Modelo nutricional fig. 10

FEED 52/22 51/21 50/20 52/20* 52/18 48/16 48/12Protein 52,0% 51,0% 50,0% 52,0% 52,0% 48,0% 48,0%Fat 22,0% 21,0% 20,0% 20,0% 18,0% 16,0% 12,0%Carbohidrates 8,2% 10,2% 12,0% 10,0% 12,0% 15,5% 19,4%Fibre 0,8% 1,0% 1,0% 1,0% 1,0% 2,0% 3,0%Ash 10,0% 9,8% 10,0% 10,0% 10,0% 10,0% 9,0%Water 7,0% 7,0% 7,0% 7,0% 7,0% 8,5% 8,6%

AA balance required 89% 88% 88% 86% 83% 83% 76%Feed [kg/day] 58 59 61 60 62 67 73

Uneaten Feed kg/day 12,7 13,0 13,3 13,1 13,6 14,8 16,1Feaces kg/day (dw) 10,8 11,6 12,5 11,8 12,8 15,4 18,1

protein 2,3 2,4 2,4 2,4 2,5 2,5 2,7lipids 1,0 1,0 0,9 0,9 0,9 0,8 0,7carbohidrates 2,6 3,3 4,0 3,3 4,1 5,7 7,8fibre 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 1,1 1,7ash 4,5 4,5 4,7 4,7 4,9 5,3 5,1

N-NH3 kg/day 0,40 0,42 0,44 0,53 0,67 0,67 1,01CO2 kg/day 27,8 28,0 28,2 28,3 28,9 29,2 30,6

BOD kg O2 / day 9,7 10,6 11,4 10,6 11,5 14,0 17,2Potential N-NH3 kg/day 0,48 0,49 0,49 0,50 0,52 0,52 0,57

Resultados de simulación: W=40g; T=14°C; Commercial feed 2002

Resultados de simulación: W=40g; T=14°C; Commercial feed 2002

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

52/22 51/21 50/20 52/20* 52/18 48/16 48/12[%Protein/%Lipids]

TAN

kg/

day;

AA

bal

ance

req.

0

4

8

12

16

20

24

BO

D k

gO2/

day

N-NH3 AA balance required BOD

Transferencia tecnológica

Difusión amplia

Formación de empresa tecnológica

Las acciones:

Se ha capacitado mas de 250 personas en Chile y el extranjero

Fundación Chile

E I AAquaculture Engineering Company

Joint to form

INDURA is one of the main industrial gas andwelding producers in Latin America.

CADE Engineers is the most importantconsulting engineering company in Chile. the first chilean enterprise in being able to work in Multidisplinaries engineering projects.

EDML

For Fresh Water Disease FreeLow Cost & Low Risk Production

Agosto 2001

FDI Corfo

29

Planta de Recirculación DemostrativaINACUI

30

Planta de Recirculación Demostrativa INACUI

31

Planta de Recirculación Demostrativa INACUI

32

Planta Demostrativa: Zona 100

33

Planta Demostrativa: Zona 200

34

Planta de Recirculación Demostrativa INACUI

35

Planta Demostrativa: Zona 300

36

Planta de Recirculación Demostrativa INACUI

Desarrollo de nuevas aplicaciones

Laboratorio de desarrolloInnovación en TransporteLaboratorios húmedos Hatchery y Nursery marinasInnovación en intercambio de gases

38

Unidad de Recirculación Experimental

39

Montaje de Unidad de Recirculación Experimental

Unidad de Recirculación Experimental

40

Unidad de Recirculación Experimental

41

Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

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Unidad de Recirculación Experimental

49

Unidad de Recirculación Experimental

50

Unidad de Recirculación Experimental

51

Unidad de Recirculación Experimental

52

Unidad de Recirculación Experimental

53

Transporte Tecnificado de Peces

54

Transporte Tecnificado de Peces

55

Concentración de Amonio x Estanque

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70Tiempo [horas]

Con

cent

raci

ón [N

H4]

65A

65B

120A

120B

180A

180B

Transporte Tecnificado de Peces

56

Concentración de Dióxido de Carbono x EstanqueC

once

ntra

ción

CO

2[m

g/L]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70

Stripper in Stripper out65A 65B120A 120B180A 180B

Tiempo [horas]

Transporte Tecnificado de Peces

57

Unidad de Recirculación para Pruebas de Nutrición

58

Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

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Unidad de Recirculación Pruebas de Nutrición

70

Innovación en sistemasde oxigenación

Necesidades de intercambio de gases:OXIGENACIÓN

V

F= 161 m3/h

(O2L)i = 20.0 mg/L

(O2)f = 8.0 mg/L

F= 161 m3/h

P= 8,05 m3/h (5%)

E= 8,05 m3/h

(O2L) = 6,10 mg/L

Adición13,9 mg/L

Gastos adicionales de O2:

•Nitificación de 0,0525 kg TAN/h@ 4.57gO2/gTAN

0.24 kgO2/h

•10%BOD0,066 kg//h

Gasto O2 = 0.306 kg/h∆ [O2] = 1.90 mg/L

F= 161 m3/h

Gastoadicional

Oxigenador de baja carga

AGUA Sello deagua

Sello deagua

Agua ricaen O2

OxígenoO2 residualy N2

10 – 20 cm

40 – 120 cm

40 – 60 cm

• Parámetros de diseñoRango bajo

Distribución de agua Plato perforadoCarga hidráulica 30-250 (L/s)/m2Distribudor interno Sin distrubuidorAlto de torre 0,4 – 1,2 mVolumetrico G/L 0,5 – 3%Eficiencia 60 – 90%Concentración final O2 12 – 22 mg/L

Oxigenador de baja carga

Flujo libre por orificios

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0 10 20 30 40

Head (cm)

Fluj

o (L

/s)

15 mm10 mm6 mm

Oxigenador de baja carga

Oxigenador de baja carga

Plato perforado

Cámaras

Flujo libre por orificios

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0 10 20 30 40

Head (cm)

Fluj

o (L

/s)

15 cm10 cm6 cm

Flujo libre por orificios

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0 10 20 30 40

Head (cm)

Fluj

o (L

/s)

15 cm10 cm6 cm

Oxigenador baja cargaMultietapa contracorriente

Diámeto 1,1 mArea de Flujo 0,95 m21.1m

20 cm

40 cm

30 cm

40 cm

30 cm

40 cm

Salida de gases

Entrada de gas

E

Oxigenador baja cargaMultietapa contracorriente

Etapa tope 1 2 3 fondoFi 14.400 14.400 14.400 14.400Xoi 5,0 9,4 19,1 30,5Xni 13,0 11,7 7,5 2,6Ff 14.400 14.400 14.400Xof 9,4 19,1 30,5Xnf 11,7 7,5 2,6

Gi L/min 162 193 246 300Gi' kg/min 0,195 0,240 0,319 0,413Yoi % en Vol 19,4% 40,7% 74,2% 99,0%Yni % en Vol 80,6% 59,3% 25,8% 1,0%

Yoi' % en peso 21,5% 43,9% 76,6% 99,1%Yni' % en peso 78,5% 56,1% 23,4% 0,9%

Gfo kg/min 0,042 0,105 0,245 0,410Gfn kg/min 0,153 0,135 0,075 0,004

% de oxígeno remenente 10% 26% 60% 100%

Oxigenador baja cargaMultietapa contracorriente

Flujo y calidad del gas

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

1 2 3 4

Fluj

o m

ásic

o kg

/min

O2 N2

4

3

2

1

L

G

79

Sistemas de Recirculaciónpara el Cultivo de Merluza Austral

80

Plano Hatchery

81

Plano Nursery

82

Recirculación Cultivo Merluza AustralHatchery

83

Recirculación Cultivo Merluza Austral

84

Recirculación Cultivo Merluza Austral

85

Recirculación Cultivo Merluza Austral

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Recirculación Cultivo Merluza AustralNursery

87

FUNDACIÓN CHILE.

Año 2006:

•Empresa INACUI con paquete tecnológico probado a gran escala para producción de juveniles de salmón.

•Alta productividad•2 años de operación sin enfermedades•Buen resultado de peces producidos

•Laboratorio de ensayo y desarrollo de sistemas de recirculación para nuevas aplicaciones

FUNDACIÓN CHILE. Año 2006:

•Innovación en transporte terrestre de peces

•15 sistemas de recirculación instalados y operando

•Aplicaciones para cultivos marinos

•Innovación en sistema de transferencia de gases

•Innovación en sistema de succión de agua para sistemas en tierra (disminución de la energía requerida)