Efecte de la presència de peixos bentònics en les característiques hidrodinàmiques dels tancs Raceways

EFECTE DE LA PRESÈNCIA DE PEIXOS BENTÒNICS EN LES CARACTERÍSTIQUES HIDRODINÀMIQUES DELS TANCS RACEWAYS TREBALL FINAL DE CARRERA AUTOR: ÀNGEL MOYA I GÁLLEGO ESPECIALITAT: EXPLOTACIONS AGROPECUÀRIES TUTOR: JOAN OCA 1 INDEX 0RESUM DEL TREBALL FINAL DE CARRERA 2 1INTRODUCCIÓ 6 1.1 IMPORTÀNCIA SOCIO-ECONÒMICA DE L’AQÜICULTURA 1.1.1Definició d’aqüicultura i antecedents històrics 6 1.1.1.1 Definició 1.1.1.2 Història i antecedents de l’aqüicultura 1.1.2 Sistemes de producción aqüícoles 7 1.1.2.1 Aqüicultura extensiva 1.1.2.2 Aqüicultura semiintensiva i intensiva 1.1.3 Context mundial 8 1.1.4 Situació a Espanya 9 1.1.5 Situació a Catalunya 10 1.2 - CRITERIS DEL DISSENY DELS TANCS UTILITZATS EN L’AQÜICULTURA 12 1.2.1 El patró de flux dels tancs 13 1.2.2 Tipologia de tancs 15 1.2.2.1 Tancs circulars 1.2.2.2 Tancs rectangulars 1.3EFECTE DELS PEIXOS BENTÒNICS EN LA HIDRODINÀMICA DELS TANCS 23 1.4LA TÈCNICA DE L’ANÀLISI DE DISTRIBUCIÓ DE TEMPS DE RESIDENCIA APLICADA A L’ESTUDI DELS TANCS 26 1.5 – OBJECTI DEL TREBALL 28 2 - MATERIAL I MÈTODES 29 2.1 -DISPOSITIU EXPERIMENTAL 29 2.1.1 Tanc 29 2.1.2 Circuit Hidràulic 29 2.2DUMMIES 33 2 2.3 MESURA DELA DISTRIBUCIÓ DELS TEMPS DE RESIDÈNCIA (RTD) 34 2.3.1 Sonda 34 2.3.2 Model de dispersió 39 2.4 EXPERIMENTS REALITZATS 41 3 RESULTATS I DISCUSSIÓ 45 3.1 EFECTE DE LES DIFERENTS ALTURES D’AIGUA EN LA HIDRODINÀMICA DEL TANC. 45 3.2 EFECTE DE LA PRESÈNCIA DE DUMMIES EN LA HIDRODINÀMICA DEL TANC 47 4 CONCLUSIONS I PERSPECTIVES 54 5 BIBLIOGRAFIA 57 3 RESUM ”Efecte de la presència de peixos bentònics en les característiques hidrodinàmiques dels tancs raceways” Els tancs utilitzats en aqüicultura, que majoritàriament són de forma rectangular o circular, han de proporcionar un ambient adequat per al desenvolupament dels peixos. Per poder aconseguir unes bones condicions de cultiu, l’ambient ha de ser el més homogeni possible per tal de que la massa de peixos es distribueixi per tot el volum d’aigua i no es creïn jerarquies entre els individus, fent així un ús eficient del volum d’aigua utilitzat. Els factors que més influeixen en les característiques hidrodinàmiques dels tancs són la seva forma i les configuracions d’entrada i sortida d’aigua, ja que seran determinants en el comportament del flux. L’estudi hidrodinàmic dels tancs s’ha fet mitjançant l’anàlisi dels temps de residència (Residence Time Distribution, RTD). Amb aquesta tècnica s’obtenen les corbes de RTD,i posteriorment s’estudia la seva forma. Aquestes corbes RTD representen les concentracions de sortida del tanc d’un traçador al llarg d’un període de temps Per a la realització de l’estudi s’han analitzat diferents situacions de cultiu, variant la densitat de peixos i l’altura d’aigua del tanc per poder avaluar quin és l’efecte de la presència de peixos bentònics en l’hidrodinàmica de tancs tipus raceways. Les diferències en els resultats obtinguts en els diferents experiments, permetran la detecció, si és el cas, de corrents de curt circuit i volums morts d’aigua, poden determinar finalment quines són les condicions més favorables per tal que la circulació del flux faciliti un ambient el més homogeni possible per als peixos. 4 RESUMEN “Efecto de la presencia de peces bentónicos en las características hidrodinámiquas de los tanques raceway” Los tanques utilizados en acuicultura, que mayoritariamente son de forma rectangular o circular, deben de proporcionar un ambiente adecuado para favorecer el desarrollo de los peces. Para poder conseguir unas buenas condiciones del cultivo, el ambiente tiene que ser el máximo homogéneo posible para que la masa de peces se distribuía por todo el volumen de agua utilizado. Los factores que más influyen en las características hidrodinámicas de los tanques son su forma i las configuraciones de entrada y salida de agua, que serán determinantes en el comportamiento del flujo. El estudio hidrodinámica de los tanques se ha hecho mediante un Análisis de los Tiempos de Residencia (RTD), y posteriormente se estudia como avanza las concentraciones de un trazador e lo largo de tode el tanque durante un tiempo. Para la realización del estudio se han diseñado diferentes situaciones de cultivo, variando la densidad de peces i la altura de agua de el tanque para así poder avaluar cuál es el efecto de la presencia de peces bentónicos en la hidrodinámica de los tanques tipo raceways. Las diferencias en los resultados obtenidos en los distintos experimentos, nos permitirán la detección, si es el caso, de corrientes de cortocircuito y volúmenes muertos de agua, pudiendo determinar finalmente cuáles son las condiciones más favorables para que la circulación del flujo facilite un ambiente lo más homogéneo posible para el desarrollo de los peces. 5 ABSTRACT “Effect of the presence o benthonic fishes in the hydrodinamic characteristics of raceways tanks” The tanks used in the aquaculture that in its majority are rectangular or circular have to provide a good atmosphere for the fishes development. To achieve a good conditions for the growth, the atmosphere have to be the most homogenous in order to distribute all the fish mass in all the water volume for not creating jerarquies, among the individuals, making an efficient use of the water volume. The factors that influence more in the hydrodynamic characteristics of the tanks are its forms and the entrance and exit configurations of water will be determinants in the flow behavior. The hydrodynamic study of the tanks is made throughout the Residence Time Distribution (RTD)analysis. With this technique we obtain the curves of RTD and later study how the concentrations of a tracer advance in the time and along all the tank. For the realization of the study we have designed different situation of growth, variating the density of fishes and the depth of water of the tank, to avaluate which is the effect of the presence of benthonic fishes in the hydrodynamic of raceway tanks. The differences in the obtained results in the different experiments, will permite the detection if it is the case, of movements about short circuits and death water volumes, can determine at the end which are the conditions more favorable among the circulation of flow and make easyen an homogenous atmosphere for the fishes. 6 1INTRODUCCIÓ 1.1IMPORTÀNCIA SOCIO-ECONÒMICA DE L’AQÜICULTURA 1.1.1-DEFINICIÓ D’AQÜICULTURA I ANTECEDENTS HISTÒRICS 1.1.1.1 DEFINICIÓ L’aqüicultura es defineix com la tècnica de multiplicar i cultivar els animals i plantes aquàtiques. Aquesta tècnica engloba totes les activitats que tenen per objectiu la producció, el creixement, i la comercialització d’organismes aquàtics, tant siguin animals o vegetals, d’aigua dolça o salada (Bernabé, 1996). L’aqüicultura animal, és una activitat dirigida a produir i engreixar organismes a l’aigua. Les tècniques utilitzades per desenvolupar aquestes tècniques estan assolint uns nivells que en un futur col·locarà l’aqüicultura als mateixos nivells de producció que l’agricultura i la ramaderia. La contribució de l’aqüicultura a l’alimentació humana és, i seguirà sent, limitada mentre es disposi de reserves naturals que puguin ser explotades a gran escala mitjançant la pesca. No obstant, l’aqüicultura està dotada d’un gran potencial; a mesura que es vagin estudiant i coneixent millor la biologia de moltes espècies, es resolguin els problemes que plantegen la seva alimentació i es controli l’ambient aquàtic en el que cada espècie es desenvolupa, cal esperar una participació creixent de l’aqüicultura a l’alimentació humana (Coll Morales, 1986). 1.1.1.2 HISTÒRIA I ANTECEDENTS L’aqüicultura es remunta a temps molt passats. Existeixen referències de practiques de cultiu de la carpa a l’antiga Xina, Egipte, Babilònia, Grècia, Roma i altres cultures eurasiàtiques i americanes (Bernabé, 1996). Les referències més antigues daten entorn al 3500 a.C, a l’antiga China, i el primer tractat sobre el cultiu de la carpa va aparèixer l’any 475 a.C, atribuït al xinès Fan-Li. L’aqüicultura occidental actual, no va recobrar força fins l’Edat Mitja, sobretot en monestirs i abadies, ja que aquests aprofitaven els estanys dels seus voltants que s’alimentaven pels cabals fluvials. El cultiu consistia en l’engreix de carpes i truites (Oncorhynchus mykiss). 7 L’any 1758, es va produir un gran descobriment: la fecundació artificial d’ous de salmó i truites, per el científic Stephen Ludvig Jacobi. Tot i la importància del descobriment, la investigació no va sortir del seu laboratori i es va quedar en l’oblit. Un temps més tard, a l’any 1842, dos pescadors francesos (Remy i Gehin) i desconeixent totalment la troballa de Jacobi, van obtenir postes viables. Concretament alevins de truita, que es desenvoluparen en estanys, amb èxit. Aquest avenç va portar a l’Acadèmia de Ciències de París a profunditzar sobre el tema i a la creació de l’Institut de Huninge, el primer centre d’investigació destinat a aqüicultura. 1.1.2 SISTEMES DE PRODUCCIÓ AQÜICOLES Com en qualsevol sistema de producció agropecuària, existeixen diferents tipus de cultius segons la seva intensitat i tecnificació. 1.1.2.1 AQÜICULTURA EXTENSIVA Són sistemes de cultiu de baixa intensitat i tecnologia, en els que s’aprofiten les condicions naturals favorables. Els cultius extensius més coneguts són els dels organismes filtradors marins, tal com les ostres, cloïsses i musclos. També de les macroalgues marines. En tots aquest cultius es procedeix a la sembra , i l’alimentació i l’engreix es produeixen de forma natural. Tot i ser uns sistemes extensius, alguns poden arribar a uns nivells de productivitat molt elevats. Un exemple molt clar és el del cultiu de musclo a les ries gallegues, on la gran riquesa de les aigües i les beneficioses condicions ambientals, disparen les taxes de creixement i qualitat del producte. 1.1.2.2. AQÜICULTURA SEMIINTENSIVA I INTENSIVA Són sistemes de cultiu més controlats i de major rendiment, en els que el grau de tecnologia i intervenció és molt més elevat si els comparem amb els cultius extensius. 8 Els cultius de peixos en gàbies flotants directament al mar, o en llacs són sistemes semiintensius. El cultiu a mar obert, té l’avantatge de poder utilitzar una gran quantitat d’aigua del medi sense cap sistema de bombeig, però s’aporten aliments i es realitza un control del cultiu. No obstant, el lloc on desenvolupar l’activitat ha de ser escollit d’una manera molt acurada ja que es requereix una bona qualitat de l’aigua i poques corrents. També són sistemes semiintensius els cultius ubicats en estanys o canals en circuit obert o semiobert, aprofitant les aigües corrents. Aquesta tècnica és molt freqüent en el cultiu de la truita. Un inconvenient que s’ha de tenir molt present quan es treballa en circuit obert, majoritàriament en alta mar, són els efectes negatius que pot comportar a l’ecosistema els residus provinents de l’explotació que són contaminants en quan es dipositen sobre el fons marí. Els cultius intensius es realitzen habitualment en instal.lacions separades del medi natural, en tancs o piscines aïllades i amb un sistema molt tècnic de captació i circulació d’aigua. A més, es realitza un control total del medi i dels individus. Per tot això aquests sistemes de cultiu són molt més cars que els processos menys tecnificats, però l’augment del rendiment es determinant de la mateixa forma que també ho és un major control de la producció. Tot i que hi ha sistemes intensius que treballen en circuits oberts d’aigua, cada cop hi ha més interès en la utilització de sistemes tancats (sempre amb una mínima renovació d’aigua), ja que s’aconsegueix reduir l’impacte ambiental que produeixen aquests sobre el medi que rep els residus de l’explotació. 1.1.3 CONTEXT MUNDIAL Històricament, els principals productors mundials d’aqüicultura han sigut països amb rentes baixes, deficitaris d’aliments, que desenvolupen l’aqüicultura com una activitat rural integrada en els sistemes d’explotació agrícoles existents. Segons dades de la FAO a l’any 2004, Xina és el principal productor aqüícola del món, amb una producció de 41.329.608 Tm. Altres països asiàtics com la India, Vietnam i Tailàndia es troben també en els primers llocs del rànquing mundial (Figura 1). Actualment, moltes de les produccions d’aquests països són d’espècies molt apreciades en països desenvolupats, aconseguint grans rendiments econòmics Altres països que en els últims anys han aconseguit alts rendiments en matèria aqüicultura són Noruega, Grècia o Xile. Segons dades de la FAO, Noruega ha passat de produir 8.600 Tm de salmó (Oncorhynchus kisutch)l’any 1981 a produir-ne més de 15 Com ja s’ha dit anteriorment, les aplicacions reals disten dels models ideals donat que apareixen certes desviacions, que poden ser: Volum mort: quan un volum d’aigua resta inactiu dins del tanc. Zona de recirculació: quan un volum d’aigua recircula en un mateix espai. Quan es produeix una zona de recirculació, al mig d’aquesta hi haurà un volum mort. Corrent de curtcircuit: Un volum d’aigua que passa directament de l’entrada a la sortida sense barrejar-se amb la resta del volum del tanc. Qualsevol d’aquests tres situacions podria donar lloc a una de les altres dos. Principalment, s’utilitzen dos tipus de tancs; els de forma rectangular, i de forma circular. Tot i això, també hi ha situacions en que degut a les necessitats i característiques de l’explotació es fan servir tancs amb característiques tant dels de forma rectangular com circular. Es poden anomenar mixt. Amb aquests models es busca minimitzar les deficiències que poden aparèixer per la utilització de tancs rectangulars o circulars, i en canvi ressaltar les millors propietats de cadascun d’ells. 1.2.2 TIPOLOGIA DE TANCS CIRCULARS: 1.2.2.1 TANCS CIRCULARS: Les característiques que més defineixen els tancs circulars , són: -Són molt autonetejables -Com que generalment el patró de flux és el de mescla perfecte, les condicions de l’aigua són molt homogènies en tot el tanc. -Les velocitats de l’aigua que circula pel tanc, són més altes que en els tancs rectangulars, utilitzant les mateixes renovacions d’aigua que en un tanc rectangular. -En tancs de dimensions grans, el maneig es fa més difícil, ja que accedir en algun punt del centre pot resultar realment complicat. El disseny de l’entrada de l’aigua al tanc, determina en gran part la hidrodinàmica del sistema. Les disposicions d’entrades d’aigua més freqüents són les següents: 1-Consta d’un tub vertical (paral·lel a una de les parets), amb forats a diferents altures, per on entra l’aigua al tanc. Aquesta configuració dota al tanc d’un bon sistema 16 d’eliminació dels sòlids sedimentats al fons degut a la formació d’un corrent que porta les partícules directament cap a la sortida que està situada al centre del tanc. 2-Consta d’un tub situat horitzontalment (paral·lel a la superfície lliure d’aigua), que també està perforat a diferents distàncies. En principi hi ha una millor mescla que amb la configuració anterior. 3) consta només d’un punt d’entrada, que es tradueix en un flux més inestable i amb unes condicions de mescla més pobres que si les comparem amb les dos configuracions anteriors. Les velocitats del fluid són molt altes a la vora de la paret mentre que a mesura que ens apropem al centre del tanc van disminuint. És per això que hi ha un pobre sistema d’evacuació dels sòlids. Mantenint la forma geomètrica circular, hi han diferents tipus de tancs: Silos: Essencialment és un tanc circular i profund amb una relació diàmetre-alçada d’aproximadament 1:3, i pot tenir un sistema de bombeig de l’aigua de baix cap a dalt per el mig del tanc (Figura 7), tot i que no sempre és així. El flux es descarrega a l’exterior per la part superior i lateral del tanc, per a poder ser tractada i reutilitzada. La gran avantatge d’aquestes unitats és el poc espai que ocupen, per el que és una alternativa a tenir en compte en aquelles situacions en que l’espai és un factor limitant. Es necessita però, una gran quantitat de flux, ja que si la velocitat de l’aigua és baixa es dificulta molt la neteja del tanc. Aquests tipus de tancs són molt adequats per a peixos pelàgics, però sembla que per peixos bentònics no tant donat el poc aprofitament del volum d’aigua que s’obtindria. Figura 7: esquema d’un tanc circular tipus “silo”, (segons Coll, 1986) 17 També existeixen modificacions del fons del tanc, donant més o menys inclinació segons convingui per a l’eliminació de biosòlids. En aquest cas, la direcció de l’aigua és descendent. Dual-Drains: No es tracta d’un tipus de tanc, sinó d’uns sistemes pensats i destinats per ser utilitzats en un flux circular. Es tracta d’un sistema que concentra la major part dels biosòlids en el fons i centre del tanc. Consta de dos sortides d’aigua, (Figura 8)una elevada i l’altre al fons. Aquests sistemes presenten uns grans avantatges alhora de treballar en règim de circuit tancat. La sortida situada a la part inferior del tanc, evacua poca quantitat d’aigua, però molt carregada dels biosòlids sedimentables. Posteriorment, aquesta aigua serà eliminada o tractada segons convingui a l’explotació. La sortida superior, descarrega la gran majoria del volum d’aigua, que a més conté una fracció molt petita dels biosòlids. Aquesta aigua pot ser tractada i reutilitzada en el sistema. Figura 8: esquema del sistema de sortida dels Dual-Drains, on A és la sortida de l’aigua menys carregada de biosòlids i B la sortida d’aigua amb una concentració molt elevada de biosòlids. 1.2.2.2 TANCS RECTANGULARS: Al igual que els tancs circulars, els de forma rectangular presenten una sèrie de característiques, que són: 18 - El flux circula de manera molt menys previsible, ja que depèn molt de la disposició de les entrades i sortides, i sovint les condicions de l’aigua són molt més heterogènies que en els tancs circulars. - Generalment l’aigua entra per un extrem del tanc i surt per l’altre, el que fa que els biosòlids sedimentin amb molta facilitat. Les velocitats que s’haurien d’aplicar per evitar aquesta sedimentació són massa elevades per als peixos. Això comporta unes condicions heterogènies en tot el volum d’aigua, ja que la mescla que es produeix en el tanc és molt més pobre que la d’un tanc circular i doncs esdevenen gradients de qualitat. Això comporta l’aparició de jerarquies entre els peixos, situant-se els dominants en les zones més òptimes, i els dominats en les zones amb unes condicions més pobres. - La construcció dels tancs rectangulars i el seu maneig presenten més facilitats que els tancs circulars. El coneixement de les zones mortes dels tancs rectangulars és bàsic per a poder prevenir l’estancament de residus, ja que com s’ha dit anteriorment, és en aquests punt on s’acumula la major concentració. Per a poder modificar aquestes característiques, s’estudien diferents configuracions o models d’entrada i sortida d’aigua del sistema de manera que la mateixa circulació de l’aigua faciliti l’evacuació de la màxima quantitat possible de residus. En funció del disseny d’entrada de l’aigua al tanc, s’obtenen uns patrons de flux molt diferents entre sí(Oca et al, 2004). 1-entrada horitzontal submergida (Figura 9): les condicions que es donen al sistema amb aquests tipus d’entrades són extremadament heterogènies. Hi ha una deficient mescla d’aigua a l’entrada i es creen volums morts, el que comporta una baixa eficiència en la utilització de l’espai i l’aigua. Figura 9: comportament del flux en un tanc rectangular amb una configuració d’una entrada horitzontal submergida (Oca et al, 2004). 19 2-entrada vertical única, mitjançant un salt d’aigua (Figura 10): una de les raons per les que es dota a aquest sistema amb una entrada d’aquestes característiques es per aprofitar el salt i així oxigenar l’aigua. Amb aquesta entrada sí que hi ha una zona amb molta mescla, però només es dóna a l’entrada. Seguidament a la zona de mescla, es crea un gradient de qualitat que pot arribar a comportar l’aparició de jerarquies entre els peixos, i doncs un ús ineficient de l’espai i aigua del sistema. Figura 10: comportament del flux en un tanc rectangular amb una configuració d’entrada vertical mitjançant un salt d’aigua (Oca et al, 2004) 3-entrades tangencials (Figura 11): aquesta configuració consisteix en dotar al tanc d’unes entrades tangencials, intentant aconseguir un flux circular, però en un tanc rectangular. Això comporta unes velocitats més uniformes, una major velocitat de l’aigua cosa que ajuda a que hi hagi menys sedimentació de biosòlids. Les sortides estan situades al mig dels vòrtex que es formen per la posició de les entrades d’aigua al sistema. Figura 11: comportament del flux en un tanc rectangular amb una configuració d’entrada tangencial (Oca et al, 2004) 20 TIPUS DE TANCS RECTANGULARS: Foster-Lucas El disseny d’aquests tancs consisteix en la presència d’una paret central i dos entrades, una a cada costat (Figura 11). La distribució de l’aigua per els dos costats del tanc es per evitar que es creïn unes zones mortes a les corbes de cada costat. El flux circula seguint el model de pistó a cada un dels costats de les parets, i quan arriba a la corba es crea una zona turbulenta, però amb poca velocitat. Aquest model de tanc, té les vores arrodonides. Figura 11: comportament del flux en un tanc Foster Lucas -Burrows: Aquests tancs també consten d’una paret central, una entrada d’aigua a cada extrem i dos sortides d’aigua (Figura 12). A les zones més extremes, on el comportament del flux es menys predictible, es col·loquen uns “baffles” per evitar zones mortes. Aquest disseny permet un gran aprofitament de tot el volum d’aigua, però ho ha una limitació en les dimensions de construcció; amb una llargada superior als 23 metres, aquest model no funciona. 21 Figura 12: esquema d’un tanc Burrows -Flux transversal: Les entrades d’aigua, en aquest cas, es troben al fons del tanc i al llarg de tota la paret o eix longitudinal (Figura 13). Les sortides també estan ubicades al fons i al llarg de tot l’eix longitudinal, per el que una porció del flux és eliminat contínuament. Aquesta configuració té la característica que el flux, tot i estar circulant per un tanc rectangular, es comporta com un flux de mescla, i a més hi ha una bona eliminació dels biosòlids sedimentats al fons del tanc (Watten i Beck, 1987). Distribuidor de descàrrega Descàrrega Distribuidor d’entrada Distribuïdor de l’efluent Figura 13:esquema d’un tanc de Flux transversal (Watten i Beck, 1987) -Cèl·lules de mescla: De la manera amb que estan situades les entrades i sortides es busca aconseguir la formació de 6 unitats de flux circular. Així s’aconsegueix que el propi flux elimini una gran quantitat de biosòlids i un aprofitament total del volum del tanc. (Watten et al, 2000) Figura 14: esquema de les entrades i sortides d’aigua d’un tanc tipus cèl.lules de mescla (Watten et al, 2004) 22 Raceways: Tancs molt llargs , normalment de formigó i revestits de ciment (Figura 15). Tenen les cantonades lleugerament retallades per tal d’evitar les zones mortes que s’hi poden crear. La relació de llarg-ample és de 5:1 o més. Donat que el fluid es comporta com un flux de pistó, és habitual que esdevinguin gradients de qualitat d’aigua. En la utilització d’aquests tancs, es necessita un gran volum d’aigua. Figura 15: fotografia d’un tanc raceway Shallow raceway system: Aquests tancs són com els raceways anteriorment descrits, però amb la peculiaritat de que s’utilitzen amb molt poca altura d’aigua. S’han fet alguns estudis amb peixos plans i els resultats obtinguts han sigut interessants tot i que encara s’han posat en funcionament a escala comercial. L’entrada d’aigua es fa per tota l’amplada del tanc i depenent de les velocitats del fluid poden arribar ha ser bastant autonetejables, a més de permetre altes densitats de cultiu. Finalment, és important esmentar que amb aquests sistemes es fa un estalvi molt important d’aigua ja que es gasta fins a 1/10 menys que amb un raceway convencional. El major inconvenient d’aquests tancs es que si apareix algun problema, hi ha molt poc temps de reacció per part dels especialistes o encarregats del sistema ja que el volum d’aigua utilitzat és molt petit. Al haver-hi tant poca altura d’aigua i ser uns tancs tant llargs, hi ha una gran difusió d’oxigen. 23 1.3 EFECTE DELS PEIXOS BENTÒNICS EN LA HIDRODINÀMICA DELS TANCS: La hidrodinàmica dels tancs, en general ha sigut molt estudiada en absència de peixos tant en tancs rectangulars com circulars. Tot i això, cada cop existeix més interès en l’efecte del peix sobre la hidrodinàmica dels tancs, però els pocs estudis que s’han realitzat majoritàriament s’han dut a terme amb peixos pelàgics (Rasmussen et al, 2005). Cal recordar que els peixos pelàgics són aquells que es mouen a través de la columna d’aigua. En el món de l’aqüicultura aquests peixos representen gran part de les espècies que es cultiven actualment. En canvi, l’efecte de la presència de peixos bentònics en el comportament del flux en els tancs s’ha estudiat molt poc. Els peixos bentònics són aquells que no es desplacen a través de la columna d’aigua, sinó que ho fan en el mateix pla de la superfície, però en el fons del tanc. I això si es desplacen, ja que la majoria de peixos bentònics limiten molt els seus moviments. Sovint estan immòbils al fons. Les espècies de peixos bentònics que actualment es cultiven en activitats aqüícoles no son gaires, per això els pocs estudis realitzats fins ara. El fet que aquests tipus de peixos es comportin d’aquesta manera, es decisiu en la hidrodinàmica del tanc ja que doten al tanc d’una certa rugositat. L’efecte de la rugositat es pot avaluar amb el número de Froude (Fr), que es calcula mitjançant la següent formula: On: V, és la velocitat del flux g, és l’acceleració de la gravetat L, és la columna d’aigua present en el tanc (en Canals oberts la profunditat hidràulica). El número de Froude relaciona les forces d’inèrcia amb les forces de la gravetat. -forces d’inèrcia: la inèrcia és la dificultat o resistència que imposa un sistema físic a possibles canvis. En física es diu que un sistema té més inèrcia com més difícil resulti aconseguir un canvi en el seu estat físic. S’entén per estat físic cada una de les 24 situacions o formes físicament distingibles gracies a la mediació d’alguna de les seves propietats. -forces de gravetat: Tots els cossos experimenten una força atractiva per el simple fet de tenir massa. En l’àmbit quotidià, aquesta força equival al pes. La massa de l’objecte i la massa de la terra s’atrauen, i l’objecte queda sotmès a una força dirigida cap al centre de la terra. Segons la Segona Llei de Newton, la força a la que el cos està sotmès es directament proporcional al producte de la seva massa i acceleració. Quan Fr és igual a la unitat, es diu que el flux està en estat crític. Aquest tipus de flux presenta una combinació de les forces d’inèrcia i les gravitacionals, les quals el fan inestable. D’aquesta manera, el flux es troba en un estat entremig. Si Fr és menor que la unitat, el flux és defineix com a subcrític. Per aquest règim, les forces de la gravetat juguen un paper molt més important que les forces d’inèrcia. Llavors el flux té una baixa velocitat i es descriu sovint com a tranquil i lent. Si Fr és major que la unitat, el flux és supercrític. En aquest cas, les forces d’inèrcia presenten una influència major que les forces gravitacionals. A més, el flux es comporta de manera torrencial i amb una gran velocitat. Un canvi en la profunditat local de l’aigua, ocasionat per la presencia d’algun obstacle o accident en el fons, esdevé un desplaçament de l’aigua cap a dalt i baix del nivell superficial mig. Al desplaçar-se aquesta aigua, es creen unes ones que exerceixen un pes o força de gravetat. En el cas que el flux circuli en un regim subcrític,(Fr<1), i es formi una ona de gravetat per la presencia d’un obstacle l’aigua es desplaçarà cap a baix. Això es donarà degut a que les forces l’acceleració són més grans que la velocitat del fluid.Per altra banda, quan s’estigui en una situació de regim supercrític (Fr>1), i doncs les forces d’acceleració siguin més baixes que la velocitat, el fluid es desplaçarà cap a dalt del nivell mig de la superfície lliure d’aigua. (Figura 16). D’aquesta manera, la possibilitat o impossibilitat de propagar-se una ona de gravetat aigües amunt, pot ser utilitzat com a un criteri per distingir entre flux subcrític i flux supercrític. 31 -una sèrie de tubs de PVC i unions del mateix material que anaven des del flotàmetre fins al tanc (Figura 2.3). El sistema d’entrada està pensat per aconseguir la màxima uniformitat al llarg de tota la paret transversal, i consta d’una canonada de PVC d’igual longitud que l’amplada del tanc amb una sèrie de 24 forats de 6 mm, a la mateixa distancia uns dels altres (figura 2.4). Aquests forats estan encarats cap a la direcció contraria d’evacuació del tanc i així quan surt l’aigua i topa amb la paret es dissipa una gran quantitat d’energia cinètica. L’objectiu és aconseguir un flux amb característiques de pistó amb la mínima distancia possible . Igura 2.3: imatge del circuit construït per fer arribar l’aigua fins al tanc, passant per un flotàmetre regulador del cabal. Figura 2.4: entrada d’aigua al tanc, tub longitudinal amb 24 forats de 6 mm de diàmetre. - Tot i encarar la sortida d’aigua cap a la paret , no ha sigut suficient per a estabilitzar el flux i s’ha cregut necessari instal·lar unes plaques de metacrilat a diferents altures per assegurar al màxim la uniformitat de les velocitats i direccions del flux (Figura 2.6). 32 Concretament són dos plaques, ubicades de forma que primer n’hi ha una al fons del tanc, i seguidament n’hi ha una altre que està a la superfície de l’aigua (Figura 2.5). La distància entre plaques depèn de l’altura de treball que estiguem utilitzant (0.5*H), i la profunditat a que s’insereix la placa superior també (0.3*H). (H és l’altura de treball) Figura 2.5: imatge de les dos plaques de metacril.lat instal.lades a l’entrada del tanc per tal d’uniformitzar al màxim el fluxi aconseguir un flux el més semblant posible al de flux en pistó ideal. Figura 2.6: esquema del tanc utilitzat en l’estudi i de com circula l’aigua a través d’aquest. 33 2.2DUMMIES: L’estudi està dissenyat per a poder determinar com afecten les diferents altures d’aigua i també la presència de peixos a la hidrodinàmica del tanc. Al no disposar de la quantitat necessària de peixos, llenguados, ( Solea vulgaris) es van fabricar uns exemplars el més fidels possibles a la realitat (dummies) (Figura 2.7). Per definir la morfologia d’aquests dummies, s’han utilitzat unes biometries de llenguados d’uns 75 grams de pes i una llargada estàndard de 15 cm, i així doncs,es van poder representar uns peixos amb unes relacions de llargada, amplada i pes reals, aconseguint minimitzar al màxim la distorsió que podia aparèixer en els resultats pel fet de no utilitzar peixos reals. El procés de fabricació va ser senzill, però molt laboriós. Es van utilitzar unes bosses de plàstic en les que mitjançant una plantilla construïda a partir de les biometries, es dibuixava la forma del peix, per desprès segellar-la amb una màquina especial per segellar al buit de la marca Saeco i model Magic vac. Un cop segellats tots els perfils del peix excepte un, s’omplia de sorra per donar-li volum i finalment es tancava per complet. Figura 2.7: a)fotografia d’un dummie fabricat per realitzar l’estudi. B)fotografia d’un llenguado (Soles vulgaris) Els peixos bentònics habiten immòbils al fons del tanc, i limiten molt els seus moviments. En aquestes zones poden aparèixer algunes àrees pròximes als peixos amb concentracions d’oxigen molt baixes, fins i tot inferiors a l’oxigen residual establert per a cada espècie i instal.lació, (Reig et al, 2007). Per això és molt interessant determinar com afecta la rugositat a la dispersió dels elements del fluid, per així poder augmentar la mescla d’aquest en tot l’eix vertical i evitar zones on la concentració d’oxigen sigui massa baixa. Coneixent els rangs dels números de Froude que 34 garanteixen una suficient rugositat al tanc per a que esdevingui una bona mescla, es pot treballar amb un ampli ventall de possibilitats tant d’altures d’aigua com de velocitats del fluid. Per exemple, en qualsevol cultiu intensiu hi ha dos factors que determinen el cabal de renovació; aquests són la concentració d’oxigen final que es necessiti i el TAN (nitrogen amoniacal total). Per tant la velocitat també serà sovint un paràmetre fixat. Si també es determina un número de Froude òptim, es pot calcular quina altura d’aigua es requereix per tal de que es compleixi la relació i com ja s’ha dit, assegurar una bona mescla en tot l’eix vertical. Arriben a controlar aquests paràmetres s’aconseguirà homogeneïtzar al màxim les condicions del cultiu i s’evitarà la creació de zones mortes. 2.3MESURA DE LA DISTRIBUCIÓ DELS TEMPS DE RESIDÈNCIA (RTD) L’ injecció del líquid traçador a l’entrada del tanc es realitza en aquest cas en forma d’impuls. Aquest impuls significa que tota la quantitat de traçador, teòricament s’introdueix en un instant petitíssim de temps, el més pròxim possible a 0. Ala pràctica però, això és impossible i el temps d’injecció dura unes dècimes de segon. Un cop el líquid traçador és introduït adequadament al tanc, circula a través d’aquest i finalment es disposa a abandonar-lo. És llavors quan amb una sonda especial, instal.lada a la sortida del tanc, es van llegint les concentracions d’aquest líquid a intervals de temps d’un segon (Figura 2.8). La sonda utilitzada és d’un model YSI600 OMS la qual va connectada a un sensor específic de rodamina WT. Figura 2.8: esquema del punt on es realitza la injecció de traçador i on es recullen les concentracions amb la sonda. 2.3.1SONDA: Una sonda és un dispositiu de monitorització que es col·loca a l’aigua per obtenir informació sobre la seva qualitat. Aquests sistemes han sigut dissenyats per ser utilitzats en aplicacions d’investigació, avaluació i si s’escau per compliment de la legislació. Les sondes poden tenir varis capçals medidors, i cada un d’ells pot incloure un o més sensors encarregats de mesurar diferents paràmetres de la qualitat d’aigua. 35 El model YSI600 OMS s’hi poden acoblar sensors específics de PH, oxigen dissolt, turbidesa, conductivitat i la rodamina. Poden anar connectades de vàries formes a diversos dispositius de recol.lecció de dades. En el nostre cas, conectem la sonda a un ordinador PC del laboratori (Figura 2.9). Figura 2.9: material necessari per connectar la sonda a un PC La gran majoria dels sensors físics, necessiten calibrar-se de tant en tant. Per tal d’obtenir unes lectures el més pròxim possible a la realitat, en els experiments que s’han realitzat, la sonda utilitzada ha estat calibrada sempre abans de ser utilitzada. Per calibrar el sensor específic de rodamina WT, s’ha seguit el següent procediment: - S’han mesurat 350 ml d’aigua destil·lada i s’han abocat en una cubeta especial. - Immediatament després, s’ha submergit el capçal de la sonda en aquest volum d’aigua. - La sonda comença a llegir les concentracions de rodamina, i evidentment les lectures que s’obtenen són 0 o molt pròximes a aquest valor. - Un cop les lectures és mantenen constants s’accepten, i la sonda pren aquest valor com al 0 de concentració de rodamina. - Quan ja s’ha determinat el 0, és buida la cubeta, és neteja i es torna a omplir amb el mateix volum, però ara amb una solució prèviament preparada de rodamina amb una concentració de 100 ppb. 36 - Aquesta concentració és el màxim que la sonda pot llegir, i igual que abans s’ha d’esperar a que les lectures siguin molt pròximes a 100 i constants. - Un cop s’ha fet aquest procés, la sonda ja està calibrada. Tot el líquid traçador que entra en el tanc, passat un temps, també l’abandona. Amb aquest balanç podem tenir una primera referència de si l’experiment o si més no l’impuls d’entrada, s’han realitzat correctament. Tot i que el volum d’entrada ha de ser igual al volum de sortida, ens podem trobar en situacions que per les circumstàncies que siguin, en alguna zona del tanc hi hagi un volum d’aigua estancat. Això comportaria que una part del líquid traçador introduït trigués més del normal en sortir, provocant així una cua molt llarga de la corba RTD. En principi, el temps que es considera normal de sortida és el que resulta del quocient V/Q (volum d’aigua del tanc/ caudal del sistema d’entrada), i que adimensionalment és la unitat. Aquest valor s’anomena Temps ideal (Ti). Doncs, si es parla de que el traçador triga més del normal en sortir, és en referència al temps ideal. Un cop es tenen les lectures de concentració de la rodamina WT que abandona el tanc, es pot construir la corba ( Figura 2.10). Figura 2.10: Corba experimental construïda a partir de les lectures de concentració respecte el temps, on c és la concentració de rodamina WT i t és el temps (seg). A partir de la corba experimental concentració-temps, s’ha de construir una altra corba de tal manera que l’àrea que queda per sota de la corba sigui la unitat (Figura 2.11). Amb aquesta adimensionalització es podran realitzar comparacions amb les diferents configuracions dels experiments. L’adimensionalització dels paràmetres que composen la corba RTD es fa de la següent manera: 37 - per al valors de l’eix de les x, que experimentalment és el temps que passa des de l’injecció del traçador fins a la sortida d’aquest del tanc, és divideix cada instant de temps entre el temps ideal (Ti). El temps ideal és el quocient entre: On: V, és el volum total del tanc (m3) Q, és el cabal del sistema (m3/h) - per els valors de l’eix de les y, que experimentalment són les lectures que llegeix la sonda de les concentracions de rodamina que van abandonant el tanc, també es fa una divisió. En aquest cas, és la concentració llegida en cada instant, dividida per la suma total de concentracions llegides per la sonda (Cad) Figura 2.11: corba adimensionalitzada concentració-temps, a partir de la corba experimental, on Cad és la concentració de rodamina WT llegida en cada instant dividida per la suma total de concentracions, i t/Ti és cada instant (t)dividit entre el temps ideal (Ti). Per a l’anàlisi de la distribució dels temps de residència, s’han calculat alguns paràmetres: -Temps de primera resposta (t0) : és l’instant en que la sonda comença a llegir la primera concentració de traçador que abandona el tanc -Temps de màxima resposta (tM): és el temps en que la sonda llegeix la màxima concentració de rodamina. 38 -Temps mig de residència (tavg): On: t, és temps C, és concentració L’adimensionalització d’aquests tres paràmetres va ser un altre cop necessària per poder fer comparacions entre les diferents configuracions. S’ha hagut de dividir cadascun d’aquests valors pel quocient V/Q (volum total/cabal), és a dir el temps ideal (Ti). Si esperem un flux en pistó i coneixem temps ideal (Ti), generalment ens podem trobar amb aquestes situacions: -una corba llarga i de poca amplada (Figura 2.12), simètrica. Indica un flux que s’ajusta bastant al model teòric . Figura 2.12: On Ti és el temps ideal, C la concentració i t el temps -una corba avançada en el temps, amb una cua llarga (Figura 2.13). Significa que hi ha presencia de zones mortes en el tanc i corrents de curt circuit. Figura 2.13: On Ti és el temps ideal, C la concentració i t el temps 39 -múltiples pics decreixents a intervals regulars de temps (Figura 2.13). En aquest cas hi hauria una forta recirculació interna. Figura 2.13: On Ti és el temps ideal, C és la concentració i t és el temps -Una corba amb dos pics de semblant valor (Figura 2.14). Indicaria que existeixen corrents paral.leles. Figura 2.14: On Ti és el temps ideal, C és la concentració i t és el temps. Tenint en compte que el flux en pistó ideal no existeix, i per tant el tanc utilitzat en els experiments presentarà algunes desviacions respecte al model ideal de flux en pistó, s’haurà d’analitzar algun altre paràmetre. Depenent del tipus de flux,(de mescla o de pistó), hi ha diferents models. En aquest cas, que es treballa en un flux de pistó, els models més utilitzats són els de dispersió o de tancs en sèrie. 2.3.2MODEL DE DISPERSIÓ En una situació on el flux es comporti estrictament de pistó, es considera que al temps 0 es realitza l’impuls del traçador. A partir d’aquest instant, es pot mesurar la corba de concentració del traçador en qualsevol temps o punt del tanc, i aquesta seria de forma simètrica i gaussiana (Figura 2.15). No obstant, si la situació no és de flux en pistó ideal, aquesta corba s’eixampla 40 Figura 2.15: evolució d’una corba RTD en una situació de flux en pistó no ideal. El model de dispersió assumeix que la dispersió en fluids estacionaris i uniformes es produeix en una sola dimensió, la longitudinal. Aquesta dispersió s’avalua calculant el coeficient de dispersió (D)( m/s2), doncs, representa aquest procés d’eixamplament . Tot i que aquest pot variar sensiblement segons les condicions en que es treballi, normalment hi ha tres situacions: -D<0,01. El procés d’eixamplament es dona de manera més lenta. En aquest cas, la corba del traçador és estreta, de manera que passa per el punt de mesura més ràpid en comparació a Tavg. És per això, que es considera que la corba no canvia de forma a mesura que es va mesurant i és manté simètrica. -D>0,01. En aquest cas, esdevé un eixamplament ràpid de la corba del traçador. Al passar per el punt de mesura més lentament, la seva forma canvia a mesura que es va mesurant. És va eixamplant. La corba resultant no és simètrica. -D=0. El flux es comporta estrictament en pistó, i llavors no hi ha cap eixamplament. Per tal d’adimensionalitzar el coeficient D i poder comparar les diferents configuracions estudiades, es treballa amb D/uL. Aquest factor es el que realment caracteritza la velocitat d’eixamplament del tanc. Per calcular D/uL es calcula la variància: 47 doncs, una presència més accentuada d’un corrent de curcircuit, el que impedeix una bona mescla de tots els elements del fluid. 3.2EFECTE DE LA PRESÈNCIA DE DUMMIES EN LA HIDRODINÀMICA DEL TANC Els resultats obtinguts amb les tres altures d’aigua, però amb presència dediferents densitats de dummies es mostren a les taules 2, 3 i 4 per unes altures de 2.5, 5 i 7.5 cm respectivament. Amb una altura de 2.5 cm (taula 3.2) s’observa que en cap de les densitats de dummies estudiades es generen volums morts d’aigua, i es que tots els temps mig de residència (tavg) són majors que 1. Les diferències en alguns dels resultats en les configuracions amb diferents densitats de dummies són molt poc significatives ja que segurament s’hauria hagut de treballar amb uns percentatges de cobertura del tanc més diferents entre sí. Taula 3. 2: Resultats obtinguts per una configuració de 2,5 cm(Fr=0,23) d’altura d’aigua, tant en absència com amb presència de dummies Sense dummies 130 dummies(72%) 180 dummies(100%) 200 dummies(110%) t0 0,76 0,56 0,64 0,66 tM 1,14 1,14 1,14 1,14 tav g 1,53 1,58 1,54 1,57 D 0,012 0,023 0,034 0,021 D/uL 0,050 0,060 0,050 0,054 Vm (%) - - - - On: D, és el coeficient de dispersió longitudinal en m2/s U, la velocitat mitja en direcció longitudinal L, distància entre el punt d’injecció i el punt de mesura 48 Figura 3.2: Corbes RTD per alçada d’aigua de 2,5 cm Les corbes representades a la figura 3.2, corresponents als experiments realitzats amb una altura d’aigua de 2.5 cm (Fr=0.23), es mostren molt similars entre sí, tot i representar diferents densitats de dummies presents en el tanc. Aquesta similitud de les corbes en la seva forma, indica que el flux es comporta d’una manera molt estable, independentment de si hi ha o no presència de dummies al tanc. La taula 3.3, que fa referència a la configuració de 5 cm de columna d’aigua (Fr=0.08), mostra que hi ha presència de volums morts en totes les densitats de dummies, i també en absència d’aquests. En aquest cas, i ben al contrari que la situació de 2.5 cm d’altura d’aigua (Fr=0.23), la presencia o absència de dummies afecta de foma decisiva en la hidrodinàmica del tanc, ja que es passa d’un 7% de volum mort d’aigua quan es treballa en absència de dummies a percentatges entorn al 20 % de volum mort d’aigua quan s’afegeixen dummies al tanc. Amb les corbes corresponents a aquesta configuració (figura 3.3) es confirma el que s’ha dit anteriorment sobre la importància que té en el comportament del flux en el fet de que hi hagi, o no, dummies al fons del tanc. Les tres corbes que representen diferents densitats de dummies són molt similars entre sí, però mostren moltes diferències en la seva forma respecte la corba corresponent a una densitat de 0 peixos. 49 Taula 3.3: Resultats obtinguts amb una alçada d’aigua de 5 cm(Fr=0,08), tant en absència com en presència de dummies Sense dummies 130 dummies(72%) 180 dummies(100%) 200 dummies(110%) t0 0,42 0,32 0,30 0,38 tM 0,74 0,62 0,57 0,60 tav g 0,92 0,80 0,77 0,79 D 0,007 0,008 0,008 0,010 D/uL 0,037 0,041 0,044 0,051 Vm (%) 7,37 19,03 22,76 20,48 Figura 3. 3:Corbes RTD amb una alçada de 5 cm. Per últim, la taula corresponent a la configuració de 7.5 cm (Fr=0.04) (taula 3.4), mostra la mateixa tendència que la configuració de 5 cm (Fr=0,08) (taula 3.3). A més densitat de dummies, menor és el temps mig de residencia (Tavg), i per tant major presencia d’un corrent de curtcircuit i conseqüentment més percentatge de volum mort dins del tanc. Torna a ser decisiva la presencia de dummies en l’augment del percentatge de zones mortes del tanc, ja que es passa d’un 17% de volum mort quan es treballa sense dummies, a percentatges vora al 30% en situacions amb dummies. Les corbes corresponents a aquesta configuració (figura 3.4), mostren diferències considerables en la seva forma al passar d’unes densitats a altres, Tot i que és la configuració en que les corbes són més diferents entre elles donat que el flux circula sota els efectes d’un corrent de curtcircuit molt marcat, torna a ser evident que la presencia de dummies afecta, i molt, al comportament del flux. Els temps de primera resposta de les tres configuracions amb peixos són molt semblants, mentre que per la configuració de 0 dummies es dóna una mica més tard. 50 Taula 3.4: Resultats obtinguts dels experiments realitzats amb una alçada d’aigua de 7,5 cm (Fr=0,04) Sense dummies 130 dummies(72%) 180 dummies(100%) 200 dummies(110%) t0 0,50 0,34 0,36 0,32 tM 0,66 0,58 0,53 0,51 tav g 0,82 0,72 0,69 0,66 D 0,0047 0,0043 0,0052 0,0055 D/uL 0,036 0,032 0,040 0,042 Vm 17,12 27,83 30,38 33,80 Figura 3. 4: Corbes RTD de les configuracions amb una altura d’aigua de 7,5 cm. Per als resultats dels coeficients de dispersió (D) que s’han obtingut per a cada situació de treball, es pot afirmar que, tant en absència com en presència de dummies, el coeficient de dispersió (D) i el quocient D/uL mostren una tendència de disminució a mesura que s’augmenta l’altura i es disminueix el número de Froude. Aquesta tendència també es veu reflexada en les corbes RTD (figura 1, 2, 3 i 4), que es van eixamplant a mesura que es disminueix la columna d’aigua. I es que es corrobora que, a més altura d’aigua menys barreja en l’eix vertical degut a l’aparició dels gradients de velocitats que fan disminuir la dispersió. Per altra banda, amb els càlculs del número de Froude que s’ha obtingut per a cada una de les altures analitzades, (Taula 5, 6 i 7) s’han construit unes gràfiques que relacionen aquests números amb el temps mig de residència (tavg) (figura 3.5)i amb els percentatges de volums morts presents a cada configuració (figura 3. 6). 51 Taula 3. 5:per una altura de 2,5 cm (Fr=0,23) Velocitat 0,115740741 V.total 0,0408 Froude 0,2338 Taula 3.6: per una altura de 5 cm (Fr=0,08) Velocitat 0,05787037 V.total 0,0816 Froude 0,0814 Taula 3.7:per una altura d’aigua de 7,5 cm (Fr=0,04) Velocitat 0,038580247 V.total 0,1224 Froude 0,044 On: V total, és el volum total d’aigua present en el tanc, i expressat en m3. Velocitat, està expressada en m/seg i s’ha calculat: Q (m3)/secció (m2) Número de Froude, que relaciona les forces d’innèrcia amb les de la gravetat: On: V, és la velocitat. g, la gravetat. 52 L, l’altura d’aigua o profunditat. Figura3. 5: gràfic que relaciona els Temps mig de residència amb el número de Froude. Figura 3.6: Gràfic que relaciona els percentatges de volum mort d’aigua del tanc amb els números de Froude. 53 Al gràfic de la figura 3.5, s’observa que a major número de Froude, majors també són els temps mig de residencia (tavg). I que a valors de Froude alts, els tavg s’assemblen molt entre ells ja que pràcticament es mostren els uns sobre els altres. Això és així degut a que amb una altura d’aigua de 2.5cm i un número de Froude de 0.23 la presència dels peixos no té gaire efecte sobre el tavg en el comportament del flux, ja que no hi ha gradient de velocitats en l’eix vertical. A valors de Froude més baixos, i doncs altures més altes, no només els temps mig de residencia es distancien més uns dels altres, sinó que la presencia de dummies afecta de manera marcada el temps mig de residència. Al passar d’una situació d’absència de dummies a situacions amb presencia d’aquests, el temps mig de residencia augmenta de forma considerable, amb altures de 5 cm (Fr=0,08) i 7.5 cm (Fr=0,04) Amb la figura 3.6, se segueix demostrant que hi ha una correlació dels temps mig de residencia amb el número de Froude i la profunditat o altura de treball del sistema. S’observa que a valors més baixos del número de Froude, i per tant més altura d’aigua, més grans són els percentatges dels volums morts presents en el tanc. I a l’igual que en el gràfic anterior (figura 3.5), se segueix complint que a altures de 5 i 7,5cm (Fr=0,08 i 0,04 respectivament) com menys densitat de dummies hi ha, menys volums morts, el que s’acaba traduint amb més barreja de l’aigua del tanc. 54 4-CONCLUSIONS I PERSPECTIVES: S’ha pogut corroborar que a mesura que s’incrementa el número de Froude (es disminueix l’altura d’aigua), augmenten els temps mig de residència (tavg) i els coeficients de dispersió. En altures de 2.5cm i valors de Froude de 0.23, desapareixen els volums morts, mentre que amb números de Froude de 0.08 i 0.04 (altura de 5 i 7.5cm respectivament)es creen gradients de velocitat en l’eix vertical, que dificulten la barreja d’aigua en aquesta direcció i doncs, apareixen volums morts d’aigua. El percentatge de volum mort que apareix es fa més elevat com menor sigui el número de Froude (Figura 4.1) Figura 4.1: esquema de l’efecte dels gradients de velocitat en l’eix vertical per unes altures de 2.5cm (Fr=0,23), 5cm (Fr=0,08) i 7.5cm (Fr=0,04) 55 Cal observar que per una altura de 2.5 cm, no hi ha cap regió blanca entre els peixos i l’aigua, fet indicatiu de que no hi ha zones mortes, ja que tampoc hi ha gradient de velocitats en l’eix vertical. Per altures de 5 i 7.5cm, si que apareix una regió blanca entre els peixos i l’aigua. Això vol il·lustrar la zona morta que apareix, degut als gradients de velocitat en l’eix vertical. A més altura i menys número de Froude, major és el gradient de velocitat i per tant major també el percentatge de volum mort del tanc. Cal observar a més, que aquests volums morts es dónen en zones molt pròximes a la massa dels peixos del cultiu, afectant probablement d’una manera negativa el seu desenvolupament. La presència de peixos, o en aquest cas de dummies, es determinant en situacions on el número de Froude és de 0.08 o més petit, ja que amb els resultats obtinguts s’ha vist que els percentatges de volums morts d’aigua del tanc augmenten de forma destacada. Per altra banda, amb un número de Froude de 0.23 i una altura d’aigua de 2.5cm, la presència de dummies no afecta a la hidrodinàmica del tanc ja que els temps mig de residència no varien pràcticament gens al passar de situacions amb 0 dummies (0% cobertura) a situacions on hi hagin 130, 180, o fins i tot 200 dummies (72%, 100% i 110% de cobertura respectivament), i tampoc apareixen volums morts. Així doncs, s’ha determinat que coneixent els valors òptims de Froude que garanteixen unes velocitats iguals al llarg de tot l’eix vertical, s’obtindrà un comportament del flux bastant homogeni que provocarà o ajudarà a que es doni una bona mescla de l’aigua per tot el tanc. Es pot concloure que el número de Froude és una bona eina per determinar unes bones condicions de cultiu. Cal realitzar més estudis amb percentatges de cobertura del fons del tanc més diferents entre sí , per tal de valorar quin és realment l’efecte de la presencia de diferents densitats de peixos en la hidrodinàmica del tanc. No només s’han de realitzar més estudis amb diferents percentatges de cobertura, sinó que també resultaria molt interessant dur a terme nous estudis en que es canviessin les velocitats del sistema i les altures d’aigua del tanc, però es mantinguessin els números de Froude ja valorats. Així es podria determinar realment, si controlant el número de Froude (independentment de la velocitat i l’altura d’aigua), es pot evitar al màxim l’aparició de gradients de velocitat en l’eix vertical i doncs, aconseguir unes condicions el més homogènies possible. Per altra banda, però, cal recordar que els experiments que s’han realitzat, s’han dut a terme amb dummies i no pas amb peixos reals. No es pot passar per alt doncs, que un peix real, a diferencia dels dummies, reacciona i varia el seu comportament al rebre estímuls. I el corrent d’aigua n’és un. A més, en el present treball els dummies han 56 estat col.locats al fons del tanc de manera que quedessin distribuïts uniformement per tota la superfície, i en peixos això no seria tant fàcil ja que la seva ubicació al tanc depèn de molts factors. Així doncs, és possible que els resultats obtinguts en aquest estudi hagin estat mínimament distorsionats. També seria interessant, realitzar de nou aquests experiments, però amb peixos bentònics per tal de determinar si els resultats obtinguts són interessants i aplicables a futurs estudis , o per altra banda han sigut massa distorsionat i doncs, s’han de descartar els resultats.