Emily small aquaponic system/Sistema acuapónico pequeño de Emily

Este proyecto se desarrolló como parte de la asignatura de ingeniería 305 durante el semestre de primavera de 2015. Con el fin de reducir mi impacto ambiental y cultivar mis propios alimentos, construí un sistema acuapónico personal a pequeña escala . Para reducir los costos de construcción, utilicé objetos cotidianos, la mayoría de los cuales ya poseía. El sistema consume tan solo 12.045 kWh/año y genera suficiente alimento para complementar mi compra de verduras para ensalada. Requiere muy poco mantenimiento. El único aporte al sistema es la alimentación diaria de los peces. En conclusión, el proyecto fue un éxito, ya que demostró su capacidad para generar alimentos y cumplió con todos mis objetivos.

La primera vez que yo, Emily Wood, vi un sistema de acuaponía fue en Youtube.com. Me interesó mucho la idea de cultivar mis propios alimentos en casa de forma sostenible. Sin embargo, en ese momento era estudiante y vivía en las residencias de Cal Poly Humboldt, y no creía tener el espacio, el dinero ni el tiempo para crear mi propio sistema. Además, tendría que encargarme de desmontarlo y trasladarlo cuando me fuera de la residencia. El objetivo de este proyecto era construir un sistema de acuaponía funcional a pequeña escala que ocupara el mínimo espacio posible en mi casa. Actualmente vivo en una casa pequeña en Arcata, California, con tres compañeros de piso. Los alimentos que cultivamos los consumimos mis compañeros y yo. El proyecto comenzó el 31 de enero de 2015 y finalizó el 8 de mayo de 2015.

El cultivo de plantas mediante peces, también conocido como acuaponía , es un proceso simbiótico que aprovecha los desechos de los peces y los transforma en nutrientes para las plantas. El agua circula desde el tanque de peces hasta un lecho de cultivo donde colonias bacterianas convierten el amonio de los desechos en nitratos, que las plantas utilizan para su crecimiento. Esta relación simbiótica no solo proporciona alimento a las plantas, sino que también limpia y purifica el agua lo suficiente para que los peces puedan vivir en ella de forma segura.

El objetivo de este proyecto es demostrar que se puede construir un sistema acuapónico autosostenible de forma relativamente económica, crear un sistema que se pueda utilizar en un apartamento pequeño o en una residencia estudiantil, que se pueda transportar fácilmente a un nuevo lugar y, por supuesto, que genere alimentos comestibles.

Los siguientes criterios se utilizarán para evaluar el éxito de este proyecto. Estos criterios se seleccionaron en función de las necesidades personales del propietario. La escala (1-10) representa el nivel de importancia del cumplimiento de cada criterio.

Esta es una revisión de la literatura disponible pertinente a mi pequeño sistema de acuaponía.

La acuaponía es conocida por ser un método sostenible para producir vegetación y peces comestibles. Es similar a la hidroponía en que ambos métodos cultivan plantas en agua recirculada en lugar de tierra. ^{[ 1 ]} Sin embargo, a diferencia de la hidroponía, el sistema depende completamente de sí mismo para el ciclo natural de nutrientes. No se necesita ningún aporte externo de nutrientes para equilibrar y mantener el sistema, ya que utiliza un filtro biológico nitrificante. ^{[ 2 ]} Además, no es necesario cambiar ni desperdiciar el agua si los niveles de sal y nutrientes se vuelven demasiado tóxicos. El sistema acuapónico se filtra y se mantiene de forma natural. Esto se logra mediante bacterias nitrificantes que se acumulan gradualmente y viven en el medio de cultivo. Hay dos tipos diferentes de bacterias, Nitrosomonas y Nitrobacter, y son esenciales para convertir los desechos de los peces, ricos en amoníaco, en los nitratos que utilizan las plantas. Las Nitrosomonas son bacterias oxidantes de amoníaco y constituyen el primer paso del proceso de nitrificación. Su función es convertir el amoníaco en nitritos. El segundo paso involucra a Nitrobacter o "bacterias oxidantes de nitrito", que trabajan para descomponer el nitrito en nitrato que utilizan las plantas. ^{[ 3 ]}

Las bacterias descomponen el amoníaco de los desechos de los peces y lo convierten en nitratos que las plantas pueden aprovechar. Al mismo tiempo, las plantas filtran los nitratos del agua antes de que regrese al tanque. ^{[ 4 ]} Este proceso simbiótico no solo limpia el agua de los peces, reduciendo los niveles de amoníaco a niveles seguros para ellos, sino que también proporciona los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas.

La acuaponía es una opción atractiva porque, una vez instalada, el sistema puede funcionar de manera eficiente por sí solo sin intervención humana (a menos que alimente a sus peces manualmente en lugar de usar un alimentador automático). Se ha demostrado que produce alimentos con la misma eficiencia que un sistema hidropónico ^{[ 5 ]} . Además, a largo plazo, los sistemas acuapónicos pueden ser una alternativa más económica que la hidroponía, ya que no hay costos adicionales asociados con la compra de los nutrientes necesarios para el mantenimiento de un sistema hidropónico. La acuaponía también tiene una ventaja en el uso del agua sobre la hidroponía, ya que el agua nunca necesita ser desechada. El único aporte neto de agua en un sistema acuapónico se produce cuando el nivel de agua en el tanque disminuye debido a la evaporación.

Se debe elegir un tipo de medio de cultivo adecuado para el tamaño y las necesidades del sistema. El tamaño del sustrato filtrante o lecho de cultivo para una máxima eliminación de amoníaco es de un pie cuadrado de superficie filtrante por cada galón por minuto de agua recirculante. ^{[ 6 ]} Muchos sistemas acuapónicos utilizan los mismos tipos de medios de cultivo que los hidropónicos. Las opciones populares de medios de cultivo incluyen: grava, piedra de río, piedra triturada, esquisto expandido, guijarros de arcilla expandida (hidrotones) y sintéticos. El diámetro del medio de cultivo debe ser de alrededor de 12-18 mm. Este tamaño proporciona una relación adecuada de retención de agua a aireación para evitar que las raíces se pudran o el crecimiento de moho. ^{[ 7 ]} Este rango de tamaño es lo suficientemente grande como para permitir que los sistemas radiculares de las plantas se adhieran y crezcan. También permite que los desechos sólidos pasen sin obstruirse. Otro aspecto a tener en cuenta es elegir un medio de cultivo que sea pH neutro para que no cambie el pH de su acuario.

El tipo de pez que se utiliza en un sistema depende de varios factores, como el tamaño del acuario, el clima de la zona, la temperatura del agua en la que sobreviven los peces y si se planea o no cosecharlos como alimento. Existen muchas especies diferentes de peces que se pueden utilizar en un sistema acuapónico. La tilapia, la mojarra azul, el pez sol, el tipo de pez crappie, el koi, el pez dorado ornamental, el pacú, la trucha, la carpa, el bagre y la lubina negra son solo algunas de las especies que han demostrado adaptarse bien a un sistema acuapónico. ^{[ 8 ]} Algunos peces, como la tilapia, se desarrollan mejor en agua caliente, por lo que se deben tener en cuenta consideraciones especiales, como la instalación de un calentador. ^{[ 9 ]}

Hay muchos tipos diferentes de plantas que se pueden cultivar en un sistema acuapónico. Los factores limitantes para lo que crece mejor son la cantidad de plantas que planea cultivar y si tiene o no suficientes peces para satisfacer las necesidades nutricionales de las plantas. Muy pocas plantas y su sistema no se filtrará correctamente. Demasiadas y su sistema no puede mantener un crecimiento saludable de las plantas ^{[ 10 ]} Uno de los tipos de plantas más comunes que se cultivan son las verduras de hoja verde. La lechuga y las espinacas se pueden cosechar fácilmente porque sus hojas crecen por encima de la superficie del sustrato. Otras verduras como los tomates, los pimientos, las calabazas y los guisantes de nieve crecen bien. Las hierbas son otra opción popular y se ha demostrado que se desarrollan bien. Los únicos tipos de plantas que no prosperan en un sistema acuapónico son los cultivos de raíces y tubérculos ^{[ 11 ]}

La construcción del proyecto fue relativamente sencilla y solo requirió dos días para su montaje y finalización. Posteriormente, se necesitó tiempo adicional de construcción al añadir un sifón de campana.

Las siguientes instrucciones explican paso a paso cómo construir un pequeño sistema de acuaponía.

1

Mide y corta el tubo de PVC en tres secciones de 20", cuatro secciones de 3" y una sección de 5" utilizando una sierra de mano.

2

En una de las secciones de 3 pulgadas, taladre un agujero para la boquilla roscada e insértela.

3

Ensambla los 4 codos de 90 ^° y las 2 tes a las piezas de PVC cortadas.

5

Cerca de una de las cuatro esquinas de la bañera de plástico, taladre un agujero de 2,5 cm (1 pulgada) con un taladro eléctrico.

Aquí es donde se ubicará la salida del drenaje.

7

Fije un codo de 90º al extremo de su pieza de PVC de 5" e inserte la pieza en el conector roscado ubicado en la parte inferior de la tina de plástico.

8

Taladre cuatro agujeros (dos a cada lado de la tina de plástico cerca de la parte superior) donde pasará las bridas de plástico y fijará la tubería de goteo. Coloque las bridas de plástico y asegure la tubería de goteo.

9

Construye un sifón de campana con una botella de plástico.

10

Conecte el tubo de plástico del acuario a la boquilla y a la bomba. Coloque la bomba en la pecera y conéctela al temporizador de 15 minutos.

Para cumplir con las metas y objetivos de este proyecto, se estableció el siguiente cronograma.

Ya compré todos los materiales para este proyecto. Aproximadamente la mitad los obtuve de lo que ya tenía en casa. Estos artículos se pueden encontrar fácilmente en tiendas de acuarios, Craigslist, tiendas de segunda mano o ventas de garaje a precios bastante económicos. El costo total no incluye el impuesto sobre las ventas local y estatal del lugar donde compré los artículos (8.75%).

El mantenimiento del lecho de cultivo, la bomba, las plantas, los peces y el agua debe realizarse a diario, semanalmente y mensualmente.

A diario

• Alimentación de los peces (una vez por la mañana y una vez por la noche).
• Comprueba la temperatura del agua para asegurarte de que esté entre 65 y 68 grados Fahrenheit (para peces dorados). Otros peces pueden requerir agua a una temperatura diferente.

Semanalmente

• Comprueba el nivel de pH del agua. Debe estar entre 6,8 y 7,0.
• Revisa las plantas para detectar cualquier insecto o bicho.
• Compruebe los niveles de amoníaco. Los niveles deben ser iguales o inferiores a 0,5 ppm.

Mensual

• Comprueba los niveles de nitrato. Niveles superiores a 150 ppm podrían indicar que tu sistema no tiene suficientes plantas.
• Comprueba que la bomba funcione correctamente.
• Comprueba que las tuberías no tengan fugas.
• Comprueba que el sifón esté colocado correctamente y funcione bien.
• Cosecha de alimentos
• Añada agua adicional al depósito cuando el nivel baje.

Anual

• Compre pescado adicional
• Plante nuevas plantas

5

Cosecha y disfruta de tus alimentos cuando las plantas tengan el tamaño adecuado.

Esta sección presenta los resultados obtenidos en las pruebas y análisis realizados durante el proyecto. También incluye los pasos a seguir, las lecciones aprendidas y algunos métodos básicos para la resolución de problemas.

Tras cuatro semanas de funcionamiento del sistema, planté las primeras plantas. Para acelerar el crecimiento, opté por usar plantones que compré en el mercado de agricultores de Arcata. Esto implicó separar las raíces de la tierra en la que crecían.

• 
  Remojo las raíces de mi col rizada toscana de hojas tiernas para eliminar cualquier resto de tierra o suciedad.

Planté espinacas, lechuga mantecosa y col rizada toscana de hojas tiernas. Durante las primeras semanas noté que las plantas crecían, pero después de la cuarta semana, la lechuga mantecosa comenzó a marchitarse. Además, el crecimiento de las hojas de la col rizada parecía atrofiado. En ese momento decidí construir e instalar un sifón de campana para mejorar la aireación del sistema radicular de las plantas.

Tras instalar el sifón de campana, replanté la lechuga restante y añadí una planta de fresa para experimentar un poco más con diferentes tipos de plantas.

Para mi sistema utilicé una pequeña bomba estándar para estanques. Tiene una potencia de 5,5 vatios y está conectada a un temporizador que la enciende durante 15 minutos cada hora.

• 15 min/60 min x 24 h = bombear durante 6 horas al día.
• 5,5 vatios x 6 horas / 1000 = 0,033 kWh
• 0,033 kWh x 365 días = 12,045 kWh al año.

Si lo hubiera hecho de otra manera, la próxima vez habría creado el sifón de campana antes. Esto probablemente habría ayudado a que mis espinacas crecieran mucho mejor, ya que sus raíces habrían estado expuestas al aire durante más tiempo. Es fundamental que las raíces de las plantas reciban suficiente aireación. Otra lección aprendida fue que la ubicación que elegí inicialmente no era la ideal. Habría trasladado el sistema a la zona más soleada de la cocina mucho antes. Otra forma de planificar una ubicación ideal habría sido comprar algo como la calculadora de luz solar Luster Leaf 1875 Rapitest Suncalc para determinar en qué parte de mi casa recibiría la cantidad óptima de luz solar.

Los siguientes pasos consisten en seguir cosechando y disfrutando de mis alimentos. Además, continuaré monitoreando la calidad del agua durante toda la vida útil de mi sistema.

Esta es solo la forma de solucionar problemas de funcionamiento básicos.