RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS DE AIRE EN EL SISTEMA AIRLIFT
.
RESUMEN
He realizado múltiples ensayos cuyos resultados demuestran que utilizando bombas de aire convencionales para estanques de Kois junto con airlifts se consigue hacer circular caudales de agua muy grandes a baja presión y con un coste energético mínimo.
Con la bomba Secoh SLL40 (41 w) y 12 airlift de 150 cm de largo y 50 mm de diámetro, y elevando el agua 0,5 cm sobre la superficie, obtuve un caudal máximo de 40.000 litros/hora.
Con la bomba Resun LP100 (100 w) obtuve un caudal máximo de unos 70.000 litros/hora con 14 airlifts de 150 cm, pero seguramente se puede mejorar aumentando el número de airlifts.
La eficiencia energética es muy alta, cercana a 1.000 litros/hora de caudal por cada vatio.
El uso exclusivamente de aire para hacer circular y filtrar el agua de un estanque de kois es una alternativa real probada con éxito. Mi estanque ha estado funcionando solo con aire durante todo el verano con resultados espectaculares.
.
ANTECEDENTES Y OBJETIVOS
El sistema airlift usa aire para elevar agua hasta la superficie, aireándola y haciéndola recircular. El aire inyectado en el airlift sube empujando y arrastrando agua en su ascenso. Pero el sistema funciona principalmente porque el airlift contiene una mezcla de agua y aire que pesa mucho menos que una columna equivalente de agua del estanque, por lo que se establece una importante diferencia de presión.

Los airlifts se han empleado con buenos resultados en acuicultura. Permiten mover grandes volúmenes de agua a baja presión con poco gasto energético, siempre que apenas haya que elevar el agua por encima de la superficie. Otras ventajas es que no hay riesgos de averías por atascos, ni de cortocircuitos con agua. Sin embargo, su aplicación en estanques de kois ha sido hasta ahora casi nula.

En teoría se puede concebir un estanque de kois cuyo buen funcionamiento dependiese exclusivamente de una o más bombas de aire y del sistema airlift, prescindiendo por completo de bombas de agua y por tanto con un menor coste de adquisición y de funcionamiento.
Para contrastar esta idea realizé una serie de experimentos dirigidos a medir los caudales que se podían obtener mediante el sistema airlift utilizando bombas de aire convencionales para estanques de Kois.
Las primeras mediciones realizadas en agosto de 2007 y publicadas en http://www.elkoi.es/index.phpoption=com_content&task=view&id=155&Itemid=30 demostraban que el sistema funciona y que es eficiente. También sirvieron para determinar cuales son los factores que más afectan al caudal resultante. Los resultados eran muy buenos, y sin embargo parecían mejorables. Por ello decidí llevar a cabo una nueva serie de ensayos buscando garantizar una mayor exactitud y precisión de las medidas y a la vez determinar la mejor configuración posible para optimizar el rendimiento y eficiencia del sistema.
.
MATERIAL Y MÉTODOS
Se realizaron mediciones del caudal de agua producido por airlifts de 50 mm de diámetro y longitudes de 110 cm, 150 cm y 190 cm respectivamente, utilizando dos bombas de aire, una Resun LP100 (100w y hasta 150 litros de aire /minuto), y una Secoh SLL 40 (41w y hasta 68 litros/minuto). En cada prueba la bomba utilizada estaba conectada a 14 tubos de salida de 8 mm de diámetro, cada uno de los cuales disponía de una llave de cierre y cuyos extremos finales estaban fijados 10 cm por encima del extremo inferior del airlift. Uno de los 14 tubos estaba acoplado al airlift para inyectarle aire directamente, sin piedra difusora. Los 13 tubos de aire restantes tenían sus extremos fijados al airlift al mismo nivel pero por fuera, de forma que liberaban un caudal igual de aire al agua del estanque haciéndola ascender y circular. En esencia es como si tuviésemos 14 airlifts iguales y medimos solamente el caudal que da uno de ellos.
El caudal producido por el airlift se midió cronometrando el tiempo que tardaba en llenar un cubo de 15 litros. El tubo del airlift entra por el fondo del cubo a través de un enlace mixto de 63mm con sus correspondientes casquillos reductores. Una vez preparado el sistema y con la bomba de aire encendida, hacía descender el cubo hasta que su borde superior quedaba aproximadamente medio centímetro sobre la superficie del agua y empezaba a cronometrar el tiempo que tardaba en llenarse con el agua que salía por el airlift. Realicé al menos 5 repeticiones de cada medición para asegurar la exactitud y precisión de los datos. El caudal total se estimó multiplicando el caudal obtenido por el número de tubos de aire utilizados en cada ensayo.
Los airlifts de 150 y 190 cm se montaron acoplando secciones extra de tubo entre el fondo del cubo de medida y el airlift original de 110 cm de longitud, sin alterar la sujeción de los tubos aireadores en la parte inferior del airlift. Los cambios en el número de tubos aireadores se hicieron simplemente cerrando las llaves de corte de aquellos tubos que no debían funcionar en un ensayo concreto. Para realizar las mediciones con el airlift mas largo tuve que instalar un sistema de pasarelas con tablones de madera para poder colocarlo en la parte más profunda, en el centro del estanque.
Salidas de los tubos aireadores Tubo airlift con aireadores a 100 cm. Ampliación del tubo hasta 140 y 180 cm.
Llaves para cambiar el nº de aireadores Sistema de medición al nivel del estanque Sistema de medición a 5cm de altura
.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
.
Sistema con bomba Secoh de 41 vatios
La bomba Secoh 40 produjo un caudal el máximo estimado en torno a 40.000 litros/hora. La configuración más favorable fue la de 12 tubos con airlift de 150 cm y entrada de aire a 140 cm de profundidad. El caudal es entre un 10 y un 15% mayor que el obtenido con 12 airlifts de 110 cm e inyección de aire a 100 cm de profundidad. Con un nº de tubos mayor el caudal total disminuye. La eficiencia energética es muy alta, llegando a alcanzar un máximo en torno a 1.000 litros/hora por cada vatio consumido.

Sitema con bomba Resun de 100 vatios
El caudal máximo obtenido con esta bomba es casi 70.000 litros/hora, usando 14 airlifts de 140 cm. En la gráfica se observa que el caudal aumenta notablemente al aumentar el número de airlifts, sin que se alcance un límite. Parece claro que esta bomba puede soportar un número superior de airlifts, de hecho el fabricante recomienda 31 salidas y sólo se han usado 14. Esto puede explicar el menor rendimiento energético obtenido con esta bomba, ya que el máximo se situó en torno a 700 litros de agua por hora por vatio consumido. Con un número mayor de airlifts el caudal máximo que se podría alcanzar con esta bomba podría situarse en torno a 100.000 litros por hora o incluso más.

Efecto de la elevación del agua por encima de la superficie
Si se aumenta la altura a la que los airlifts tienen que devolver el agua se produce una pérdida de caudal importante, que se refleja en el siguiente gráfico para elevaciones de 5 cm y de 10 cm sobre el nivel de la superficie.

Efecto de la obturación parcial del extremo del airlift
Si se obtura parcialmente el extremo inferior del airlift, por ejemplo al colocar una piedra difusora, el caudal de salida de agua se reduce notablemente y en proporción al grado de obturación.

También hay una pérdida de caudal cuando la boca inferior del tubo de ascenso de agua no está libre sino tapada y con unas 25 ranuras de 70x1,2 mm (para evitar que pasen beads o kaldnes).
Se ha detectado una disminución de la efectividad de las bombas de aire cuando se calientan, algo que debe ocurrir a menudo durante el verano. Esto puede deberse también a que se estén usando menos salidas de las debidas. La pérdida llegó a alcanzar valores de hasta un 25 %.


CONCLUSIONES
1.- La bomba Secoh 40 produjo un caudal máximo estimado de unos 40.000 litros/hora. La configuración más favorable consiste en 12 airlift de 150 cm y entrada de aire mediante tubo de 8 mm, acoplado al airlift a 140 cm de profundidad. La elevación sobre la superficie era solo medio centímetro. La eficiencia energética es muy alta, de hasta casi 1.000 litros/hora por cada vatio consumido.
2.- La bomba Resun 100 produjo un caudal máximo estimado de unos 70.000 litros/hora con 14 airlifts de 150 cm y entrada de aire mediante tubo de 8 mm, acoplado al airlift a 140 cm de profundidad. Esta configuración es claramente mejorable con solo incorporar más airlift adicionales.
3.- La eficiencia energética es notable, en torno a 1 vatio por cada 1.000 litros/hora de caudal.
4.- El caudal obtenido depende de la altura de los airlifts sobre la superficie del agua, a mayor elevación menor caudal
5.- También depende de la longitud y número de tubos airlift que se instalen. No se ha podido determinar aún el número óptimo de airlifts para la bomba Resun. Se recomienda usar airlifts de 50 mm de diámetro. A partir de este valor a diámetros mayores de tubo disminuye el caudal resultante.
6.- El diámetro de los tubos de aire es importante, así como usar inyección directa a los airlifts en vez de piedras aireadoras, que reducen la entrada de agua al obturar parcialmente el tubo.
7.- El uso exclusivamente de aire para hacer circular y filtrar el agua de un estanque de kois constituye una alternativa real probada con éxito. Mi estanque ha estado funcionando solo con aire durante todo el verano con resultados de calidad y claridad y del agua espectaculares.
8.- No hay que olvidar que el sistema airlift funciona dando caudales muy grandes pero a muy baja presión. Por tanto, se recomienda usar tubos de gran calibre y curvas amplias en vez de codos. Hay que prever una buena alimentación para el sistema de filtración, así como pasos de entrada y salida de agua grandes entre cámaras del sistema de filtración. Este debe ser forzosamente un sistema no presurizado y que ofrezca poca resistencia al paso del agua.
9.- Se recomienda el uso de kaldnes K1 estático y dinámico (aireado). El kaldnes K3 puede funcionar muy bien. También vengo usando beads sin presurizar en “filtrofrutos” integrados en el filtro biológico, con un resultado excelente hasta ahora.
10.- ¡Precaución! La baja presión implica que se puede producir una sedimentación importante de sólidos en los tubos que conducen el agua desde los bottom drains hasta el sistema de filtración. Conviene realizar purgas periódicas para asegurar su limpieza.