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Idraulica

I tubi in PVC sono più comunemente usati per l'impianto idraulico. Sono disponibili in molte dimensioni standard, sono convenienti, facili da tagliare e adattarsi a una vasta gamma di adattatori e connettori, e anche di solito durano a lungo. Potrebbero essere utilizzati anche altri materiali, ma devono essere sicuri sia per i pesci che per le piante, sia per la produzione alimentare. Alcuni consigli generali sui tubi:

  • i tubi devono essere «giusti» — se i tubi sono troppo piccoli ci sarà un problema con le perdite, e se sono troppo grandi i solidi non saranno svuotati perché la pressione dell'acqua sarà troppo bassa

  • i tubi flessibili devono essere evitati al fine di ridurre i rischi di flusso d'acqua e di biofouling. Biofouling o incrostazioni biologiche è l'accumulo di microrganismi, piante, alghe o animali su superfici bagnate (< https://en.wikipedia.org/wiki/Biofouling >).

  • le connessioni tra i diversi componenti del sistema dovrebbero essere il più corte e diritte possibile. Ciò consente un movimento dell'acqua più fluido. Ogni curva o anello rappresenta un ostacolo per un flusso d'acqua regolare.

Flusso d'acqua e pompe

Una volta che i componenti aquaponici sono collegati e riempiti con acqua, l'acqua dovrebbe mantenere un livello costante e uguale in tutti i componenti. Tuttavia, poiché deve circolare, l'acqua deve essere spostata per gravità o pompaggio. La progettazione degli impianti idraulici segue l'esempio di Capitolo 2. Dopo aver disegnato un diagramma di flusso di processo, nella fase di progettazione dettagliata ogni tubo deve essere dimensionato, il diametro scelto in base alla portata volumetrica e alla velocità di flusso (calcolata in precedenza) e definito da lunghezza, raccordi e gomiti/curve. Le perdite di attrito devono quindi essere calcolate. Queste perdite di attrito devono essere compensate dalla differenza di pressione dell'acqua tra le diverse altezze del livello dell'acqua. Il pompaggio deve essere effettuato solo in un punto dell'intero flusso di ricircolo (con due pompe disaccoppiate in parallelo) per garantire condizioni di flusso stabili.

La pompa è un componente estremamente importante del sistema aquaponico in quanto garantisce una circolazione affidabile dell'acqua in tutto il sistema. L'acqua deve essere ricircolata per fornire ai microrganismi e alle piante i nutrienti necessari e per fornire ai pesci un ambiente privo di componenti dannosi. Una pompa inadeguata o inaffidabile può portare a insufficiente o eccessivo apporto di nutrienti, che può danneggiare i batteri, i pesci e le piante. La mancanza di ricircolo, o il ricircolo troppo veloce o troppo lento, influenzerà rapidamente tutta la vita nel sistema aquaponico.

C'è una vasta gamma di pompe sul mercato, ma possono essere suddivise in due categorie principali: pompe sommergibili o pompe in linea (centrifughe). Le pompe sommergibili sono immerse nell'acqua del serbatoio che aiuta a mantenerle fresche. Di solito sono meno efficienti delle pompe in linea e sono più adatti per sistemi più piccoli. Le pompe in linea o centrifughe sono pompe raffreddate ad aria e si trovano all'esterno del serbatoio. Possono avere motori ad alta potenza in grado di pompare grandi quantità di acqua.

Quando si dimensiona la pompa per il sistema aquaponico, la portata deve essere determinata prima, cioè quanta acqua la pompa può muoversi in un determinato periodo di tempo. Di solito è misurato in litri al minuto o litri all'ora. La pompa dovrebbe essere in grado di ricircolare l'intero volume d'acqua nel sistema. Questo può variare da 3 volte all'ora in sistemi molto intensivi a solo poche volte al giorno in sistemi estesi. Non esiste una regola empirica. L'unico modo per calcolare la velocità di ricircolo dell'acqua richiesta è eseguire un corretto calcolo della portata massica (vedere Esercizio 7). In generale, è meglio acquistare una pompa più potente in quanto consente le regolazioni del flusso. Tuttavia, tali pompe sono costose.

Per dimensionare la pompa è anche importante calcolare l'altezza della testa calcolando tutte le perdite di testa descritte nell'esercizio 7. Questa perdita di testa deve essere compensata dalla differenza di livello dell'acqua, che sarà uguale all'altezza dei due livelli d'acqua che la pompa deve sollevare l'acqua in mezzo. Normalmente l'acquario e il letto in crescita saranno a diversi livelli. Maggiore è la distanza o maggiore è la testa, maggiore è l'energia necessaria per pompare l'acqua. Tutto ciò che può essere fatto per ridurre al minimo la testa renderà l'intero sistema più efficiente.

Il passo finale per determinare la giusta dimensione della pompa consiste nella combinazione della portata e dell'altezza della testa. Generalmente, la maggior parte delle pompe è dotata di un grafico che combina portata e altezza della testa. In caso contrario, di solito vengono indicate la portata massima (Qmax) e l'altezza massima di pompaggio (Hmax). Se non si dispone di un diagramma di pompa, si suppone che la pompa abbia la sua efficienza di pompaggio ottimale intorno a Hmax/2, che normalmente intorno a Qmax/2.

Esempio di progettazione: Se si deve ricircolare 10 m3/h per 2 m, quindi prima decidere se si desidera utilizzare una o due pompe. Se si desidera utilizzare due pompe in parallelo, ogni pompa deve pompare 5 m3/h per 2 m comprese le perdite di attrito nel tubo di pompaggio. Quindi hai bisogno di due pompe, ciascuna con Hmax = 4 m e Qmax = 10 m3.

Il costo dell'energia utilizzata per far funzionare la pompa è una parte importante della struttura dei costi per il funzionamento di un sistema aquaponico. È quindi importante conoscere il consumo elettrico della pompa che si intende acquistare, il che significa conoscere il numero di watt che la pompa utilizza. La pompa ideale farà il lavoro mentre si utilizza la più piccola quantità di energia possibile. Al momento dell'acquisto di una pompa non dimenticare di acquistare anche una pompa di backup nel caso in cui la prima si rompa, o azionare il sistema con due pompe in parallelo (altamente raccomandato) e avere una pompa di backup.

Regolazione del flusso d'acqua e del livello dell'acqua

La velocità di flusso obiettivo nelle tubazioni è di circa 0,7-1 m/s. Se è inferiore a 0,7 m/s c'è il rischio di deposizione dei fanghi, mentre al di sopra di 1 m/s c'è una inutile perdita di energia per attrito. La portata dell'acqua nel sistema può essere regolata installando:

  • una pompa in cui il flusso può essere regolato

  • una valvola di regolazione

  • un timer elettrico collegato alla pompa

  • un regolatore di galleggiante del livello dell'acqua con o senza sensore di livello dell'acqua

Nei sistemi aquaponici, specialmente nei sistemi a letto di coltivazione dei media, un sifone a campana è ampiamente utilizzato per la regolazione del flusso d'acqua e del livello. I sifoni a campana consentono all'acqua del letto di essere scaricata automaticamente nel serbatoio del pesce e la pompa quindi prende l'acqua dal serbatoio nel letto di coltivazione. Oltre alla regolazione automatica dell'acqua che consente un notevole risparmio di tempo e fatica, i sifoni a campana hanno molti altri vantaggi se utilizzati con sistemi aquaponici:

  • maggiore aerazione per le radici delle piante

  • movimento costante e costante dell'acqua

  • il processo è automatico

  • garantisce la massima efficienza

  • semplice e affidabile

Esistono altri semplici modi per regolare il livello dell'acqua utilizzando paratie, tubi di appoggio o sifoni ad anello (Castelo 2018).

Problemi con il movimento dell'acqua

Se l'acqua non circola o la portata è ridotta, ci possono essere diversi motivi; ad esempio:

  • la pompa non funziona

  • le eliche della pompa sono abrase/danneggiate da sabbia/substrati di coltivazione

  • non c'è abbastanza acqua nel sistema

  • bolle d'aria disturbato il flusso d'acqua

  • i tubi sono intasati

  • ci sono pesci morti nei tubi

Perdite d'acqua e riserve idriche

Un po' d'acqua andrà inevitabilmente persa dal sistema a causa dell'evapotraspirazione. I problemi principali sono le perdite d'acqua dovute a perdite (causate dall'intasamento) o guasti alla pompa. Bisogna essere consapevoli del fatto che ogni foro, ogni guarnizione, ogni raccordo dei tubi e ogni danno meccanico è un potenziale pericolo che può causare una perdita. Tuttavia, se la tubazione è progettata correttamente e correttamente sigillata/incollata, questo non dovrebbe essere un problema. È indispensabile testare il flusso d'acqua all'avvio del sistema per garantire che non vi siano perdite.

Considera anche cosa accadrà se la pompa smette di funzionare o se c'è un'interruzione di corrente. Dove scorrerà l'acqua? La corretta progettazione dei sistemi include un volume di tampone al livello più basso del sistema (solitamente il pozzetto della pompa) per immagazzinare tutta l'acqua che fuoriesce dai punti più alti del sistema. Se correttamente progettato, gli acquari perderanno tra 5-10 cm di profondità dell'acqua che può essere immagazzinata dal volume di riserva del pozzetto della pompa e del biofiltro. Questo è il motivo per cui il biofiltro e il pozzetto della pompa di solito sembrano piuttosto vuoti in un sistema progettato correttamente. È necessario installare allarmi appropriati e, ancora meglio, metodi per accendere automaticamente le pompe di riserva, collegate ad un generatore elettrico. L'acqua persa deve essere riempita ogni giorno (1,5% durante il normale funzionamento, guasti non inclusi). È quindi necessario un serbatoio di pozzetto di volume adeguato o un collegamento molto affidabile con un'altra fonte d'acqua.

*Copyright © Partner del progetto Aqu @teach. Aqu @teach è un partenariato strategico Erasmus+ per l'istruzione superiore (2017-2020) guidato dall'Università di Greenwich, in collaborazione con l'Università di Scienze Applicate di Zurigo (Svizzera), l'Università Tecnica di Madrid (Spagna), l'Università di Lubiana e il Centro Biotecnico Naklo (Slovenia) . *

Consultare il sommario per ulteriori argomenti.


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