ES2971249T3 - Sistema y procedimiento de producción modularizado multifásico de camarones - Google Patents
Sistema y procedimiento de producción modularizado multifásico de camarones Download PDFInfo
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Abstract
Un método para la acuicultura de camarón, en el que todas las fases de crecimiento y operaciones esenciales están modularizadas e integradas para formar un sistema de producción de camarón superintensivo síncrono multifásico controlado por una plataforma ciberfísica diseñada a medida. Los componentes modulares incluyen: módulo(s) de vivero de postlarvas, módulo(s) de producción de engorde, módulo(s) de sistema de recirculación de acuicultura (RAS), módulo(s) de distribución de alimento y elementos regulatorios compuestos por controladores lógicos de programa (PLC). integrado con módulos de interfaz humana (HIM). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento de producción modularizado multifásico de camarones
Antecedentes de la invención
La acuicultura se encuentra en una encrucijada. Ante la presión de aumentar las tasas de producción por unidad de área, la acuicultura tiene la oportunidad de aprender de los errores de terceros y adoptar prácticas de gestión sustentables. El éxito y la viabilidad económica a largo plazo de esta joven industria depende de la innovación y de soluciones dirigidas a resolver el triple desafío de sustentabilidad que implican las enfermedades, los desechos y los alimentos en paralelo con su actual expansión impulsada por la explosiva demanda global. Las prácticas de producción de camarones a nivel mundial no son sustentables debido a las siguientes causas:
Restricciones climáticas y geográficas
• Limitaciones ecológicas - destrucción del suelo
• Problemas relativos a alimentos - contenido de pescado
• Abuso de la mano de obra y desintegración social
• Enfermedades de los camarones - síndrome de necrosis hepatopancreática aguda (APNS) o síndrome de mortalidad temprana (EMS), virus del Taura, virus de la mancha blanca (WSSV),enterocytozoon hepatopennai(EHP) causado por hongos, etc.
• Problemas relativos a la salud humana (aditivos alimentarios que incluyen productos químicos y antibióticos prohibidos)
• Procesamiento - procedimientos de higiene o falta de estos
Movimiento y estilo de vida locávoro
Para ampliar lo anterior, los camarones son los mariscos de máxima preferencia consumidos en los EE. UU. Sin embargo, existe una enorme disparidad entre la demanda interna y la oferta interna, lo que da como resultado una dependencia de los productos importados y un creciente déficit del comercio federal de camarones. Además de los problemas relativos a la cantidad de camarones importados a los EE. UU., la calidad de estos puede ser inferior a la de los camarones criados de manera interna, y hay problemas relativos a la salud humana relacionados con los residuos de antibióticos que se demostró que están presentes en algunos productos importados. La Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. U<u>. tiene a su cargo la inspección de los mariscos importados a los EE. UU., pero este organismo solo puede inspeccionar un pequeño porcentaje de los productos que ingresan en los mercados estadounidenses.
En vista de un creciente déficit del comercio federal en los productos de camarones, y de los problemas relativos a la seguridad alimentaria, hay razones apremiantes para respaldar la industria de cría de camarones en los EE. UU. Expandir la industria de cría de camarones en los EE. UU. mediante el uso de enfoques tradicionales no es factible debido a los problemas relativos a contaminación ambiental, transmisión de enfermedades, costo de producción y cuestiones climáticas. Tradicionalmente, los camarones se cultivaban en estanques costeros donde el intercambio de agua mediante flujo continuo se usa para mantener una calidad del agua aceptable. Sin embargo, el agua afluente puede servir como vector para patógenos virulentos de los camarones y el efluente del estanque puede afectar negativamente la calidad del agua costera. Además, expandir los criaderos de camarones en áreas costeras puede ocasionar conflictos por usos múltiples y los criaderos de camarones tradicionales están restringidos a latitudes más meridionales debido a que requieren aguas templadas (Moss, S.M., "Shrimp Aquaculture", The Research, Education, and Economics Information System (REEIS) of the U. S. Department of Agriculture (USDA), Oceanic Institute Makapuu Point, 1 de agosto de 2010, Web, 31 de julio de 2012).
Con respecto a la sustentabilidad de la cría de camarones industrial terrestre, la situación cambió drásticamente hace aproximadamente treinta años, con la introducción de la acuicultura terrestre, en particular en el sudeste asiático y Latinoamérica. Los procesos de acuicultura cambiaron de los enfoques tradicionales, a pequeña escala y de bajo impacto a los de producción industrial, a gran escala y de alto impacto, teniendo en mente la exportación de mariscos y no el consumo local. A medida que la industria expandía su alcance al mercado internacional, se aceleraban la tasa de destrucción del medioambiente natural y las consecuencias adversas relacionadas para las comunidades locales. La huella ecológica aumentó logarítmicamente y la destrucción continuó. Junto con la destrucción del medioambiente, continuó la incidencia de enfermedades: virus del Taura, virus de la mancha blanca (WSSV), virus de necrosis hipodérmica y hematopoyética infecciosa (IHNNV), síndrome de necrosis hepatopancreática aguda (APNS) o síndrome de mortalidad temprana (EMS) causado por bacterias, yenterocytozoon hepatopennai(EHP) causado por hongos, etc.
La historia de la cría de camarones en los Estados Unidos es breve y cambiante. La factibilidad de criar camarones blancos del Pacífico(Litopenaeus vannamei)en los Estados Unidos a escala industrial se demostró hace tres décadas. Con este desarrollo, la cría de camarones en los EE. UU. fue comercialmente realizable a principios de la década de 1980, con niveles de producción en aumento logrados hasta principios de la década de 2000. La primera tecnología que permitió la expansión de la cría en los
EE. UU. fue el modelo de estanque semiintensivo de fase única, en el que las poslarvas obtenidas del criadero se almacenan directamente en los estanques. Mediante el uso de este proceso, se podía lograr una producción de 5-10 MT/ha/cosecha. Sin embargo, solo se podía producir una cosecha por año debido a las condiciones climáticas. Por lo tanto, la cría de camarones en los Estados Unidos se convirtió en una actividad no competitiva desde el punto de vista económico en relación con las áreas tropicales, donde la norma era la obtención de múltiples cosechas por año. Esto dio como resultado una rápida disminución de la producción de camarones en los EE. UU. desde principios de la década de 2000. En efecto, la producción de camarones se trasladó a alta mar. Hoy en día, en los Estados Unidos se consume >600.000 toneladas de camarones por año. Los camarones capturados en estado silvestre y los camarones de cría satisfacen <3 % de la demanda de los EE. UU. El valor de la importación de camarones de los EE. UU. trepó a 67 % en 2014. La acuicultura interna cubre "1 %" del consumo estadounidense.
A pesar de las aparentes ventajas de la producción de camarones en el trópico, hay cuestiones que son insostenibles. La producción en el trópico no es sustentable, ni tampoco es consistente con el movimiento locávoro.
Cada vez más personas en todo el mundo desconfían del origen de sus alimentos, ya que se favorece la producción a cualquier costo incluso si esto significa adulterarla con productos químicos dañinos o procesamientos insalubres de los productos. Además de la desconfianza, es sabido que los alimentos deben producirse de manera sustentable, y la tecnología actual no refleja este principio conductor.
Hace más de una década, se reconoció que lograr un cambio era esencial, dada la demanda estadounidense. Los gobiernos federal y estatal estadounidenses que limitan con el Golfo de México y la región del Atlántico Sur respaldaron investigaciones orientadas al desarrollo de una nueva tecnología que permita a los criadores estadounidenses competir con las zonas tropicales, que producen todo el año. Básicamente, debía desarrollarse e implementarse tecnología nueva.
Todos los desarrollos tecnológicos deben adaptarse a las demandas geográficas y climáticas, es decir, debe minimizarse el uso del suelo, y la modificación ambiental (temperatura) necesaria para la cría de camarones no debe demandar un consumo de energía alto. La única forma en que esto se podía lograr era mediante la ubicación de la producción bajo techo, es decir, dentro de estructuras como depósitos cerrados. En cambio, esto acercaba la producción al consumidor, ya sea un estadounidense o cualquier otro ciudadano del mundo. Sin embargo, simplemente replicar las condiciones de cría en estanques bajo techo no era aceptable, ya que las estructuras de los depósitos debían ser enormes, es decir, ocupar muchas acres (hectáreas) y requerían gran cantidad de energía. Con el fin de minimizar las dificultades descritas anteriormente, se consideraron técnicas de cría vertical. La descripción de la acuicultura vertical en canales de flujo continuo apilados data de al menos 1973. Durwood Duggar señaló que el rey Jacobo I usaba canales de flujo continuo apilados para criar camarones en la década de 1580. (Duggar, D., título: "Intensive Shrimp Production Economic Challenges" BioCepts International, Inc., Web, 29 de septiembre de 2011). Incluso antes, Ron Wulff y Durwood Duggar desarrollaron un sistema de canales de flujo continuo apilados en 1973 para la iniciativa de producción de camarones del Ralston Purina Mariculture Research Center. Además de la acuicultura de camarones, la piscicultura con agua de apenas 10 cm de profundidad en canales de flujo continuo apilados para la cría hiperintensiva de peces se ha practicado desde al menos 2001 (Oiestad V. "Hyper-Intensive Fish Farming, Shallow Raceways Save Space, Water", Global Aquaculture Alliance, Web, 1 de junio de 2001). Aunque el apilamiento vertical para la acuicultura ya se describió, permanece el desafío de cómo introducir ese modelo de ahorro de espacio en la práctica y la producción industrial. Quedan por resolver cuestiones relativas a conservación de energía, ingeniería estructural, mantenimiento de la calidad del agua, temperatura, oxígeno disuelto, distribución de alimento y a cómo integrar el proceso y, a la vez, mantener el control. Tales problemas se resolvieron con la presente invención, en donde las operaciones básicas de la producción de camarones se modularizan e integran para formar un sistema de producción de camarones multifase, sincrónico y superintensivo controlado por una plataforma ciberfísica diseñada a medida que adquiere datos a través de sensores incorporados en el módulo de subunidad de producción, el módulo de sistema de acuicultura recirculante (RAS) y el módulo de distribución de alimento, lo que permite controlar uno o más dispositivos de equipo que se comunican con los controladores lógicos programables (PLC) integrados con los módulos de interfaz humana (HIM) a través de bucles de retroalimentación acoplados para mantener un entorno de acuicultura para un ciclo sincrónico de producción de camarones. El documento US 2010/294202 A1 divulga un sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación independiente 1.
Sumario
La presente invención se refiere al diseño y la integración de componentes modulares que incluyen un criadero, un ensamblaje de producción apilado, un sistema de acuicultura de reciclaje de agua (RAS) y un equipo de distribución de alimento junto con un equipo de control computarizado integrado a un sistema de producción de camarones multifase y superintensivo que funciona de manera sincrónica, lo que permite de 12 a 17 ciclos de producción (cosechas) por año. El sistema integrado está diseñado para eliminar las restricciones de producción inherentemente presentes desde el momento en que las poslarvas ("PL") se almacenan hasta que los camarones se cosechan al finalizar el cultivo, para así maximizar la productividad.
Fundamental para cualquier modelo de producción es la capacidad de carga o biomasa por unidad de área que puede soportar el sistema. Las investigaciones demostraron que los camarones se pueden criar de manera consistente a una biomasa de 4 kg/m2 en tanques de agua poco profundos. Cuando esta limitación se aplica a un sistema de producción de fase única, tal como un estanque, tanque o canal de flujo continuo terrestre, la biomasa al final del ciclo de cultivo es un determinante de cuántos camarones se pueden producir. Por lo tanto, aunque se pueden almacenar miles de PL y aun así no exceden una biomasa de 4 kg/m2 inicialmente, la capacidad de carga se excederá rápidamente y el sistema colapsará. Un sistema de producción multifase sincrónico mitiga esta restricción, ya que la capacidad de carga del sistema no se excede en ninguna etapa o fase del ciclo de producción, es decir, desde el apilamiento hasta la cosecha.
Al funcionar desde una perspectiva conservadora, en la Figura 1 y la Tabla 1 se presenta uno de los numerosos modelos de producción de camarones posibles basados en una biomasa de ~3 kg/m2 y un ciclo de producción multifase. En este modelo, se emplean cuatro fases. En la práctica, la fase 1 se ejecuta al almacenar las PL en un criadero donde se crían hasta una etapa joven (0,7-1 g) durante ~1 mes (Tabla 1). La fase 2 se ejecuta al transferir los camarones jóvenes a la subunidad de producción N.° 1, también conocida como canal de flujo continuo, del módulo de producción. Cuando la biomasa comienza a exceder la capacidad de carga del sistema, es decir, después de ~4 semanas de cría, la densidad de los camarones se reduce al subdividirlos de manera uniforme entre las subunidades de producción N.° 2 y N.° 3 (fase 3). La transferencia se logra mediante gravedad, es decir, se instala un tubo conector entre la subunidad de producción N.° 1 y N.° 2 o la subunidad N.° 1 y N.° 3. Los camarones suspendidos en el agua se desplazan desde la subunidad de producción superior, es decir, N.° 1 hasta las subunidades de producción N.° 2 o N.° 3 descendentes mediante gravedad. Para establecer un ciclo de producción sincrónico, no bien se vacía N.° 1, es fundamental reabastacerla con los camarones jóvenes transferidos desde el criadero para reiniciar el ciclo.
Después de ~4 semanas adicionales, se excedió la capacidad de carga de N.° 2 y N.° 3. La biomasa de camarones no puede reducirse simplemente al subdividir el contenido en N.° 4 y N.° 5. Debe considerarse la capacidad de carga o biomasa de la siguiente fase. Al final del ciclo mensual, el peso de cada camarón habrá aumentado sustancialmente. De ser este el caso, deben reducirse las cantidades de camarones. La cantidad de camarones se reduce, en este caso, al dividir de manera uniforme el contenido de la subunidad N.° 3 en las subunidades N.° 4 y N.° 5. Asimismo, el contenido de camarones de la subunidad N.° 2 se divide de manera uniforme en las subunidades N.° 6 y N.° 7. Después de un período adicional, es decir, ~4 semanas, los camarones que pesan ~26 g se cosechan de las subunidades N.° 4, 5, 6 y 7, y se pueden poner a la venta.
Alternativamente, se puede emplear un modelo de cinco fases (ver la Figura 2). En este modelo, la fase 1 se ejecuta al almacenar las PL en un criadero donde se crían hasta una etapa joven (0,7-1 g) durante ~1 mes. La fase 2 se ejecuta al transferir los camarones jóvenes a la subunidad de producción N.° 1 del módulo de producción. Lo mismo se aplica al modelo de cinco fases que al modelo de cuatro fases descrito anteriormente, cuando la biomasa comienza a exceder la capacidad de carga del sistema, es decir, después de ~4 semanas de cría, la densidad de los camarones debería reducirse. Esto se logra al subdividir los camarones de manera uniforme entre las subunidades de producción N.° 2 y N.° 3 (fase 3). Después de ~4 semanas adicionales, la capacidad de carga de N.° 2 y N.° 3 se habrá excedido nuevamente. Las cantidades de camarones no se pueden reducir simplemente al transferir el contenido de N.° 2 y N.° 3 a N.° 4 y N.° 5 porque, en un período de tiempo breve, la capacidad de carga de N.° 4 y N.° 5 se habrá excedido notablemente. En cambio, debe transportarse una cosecha parcial de camarones y luego el resto de los camarones en N.° 2 y N.° 3 puede transferirse a N.° 4 y N.° 5. Después de un período adicional, es decir, ~4 semanas, se ejecuta otra cosecha parcial por las razones descritas anteriormente y el resto de los camarones en N.° 4 y N.° 5 se transfieren a N.° 6 y N.° 7, respectivamente, para finalizar el cultivo. Cuando se realiza la producción sincrónica, los camarones que pesan alrededor de 15, 24 y 30 g se pueden poner a la venta al finalizar cada ciclo mensual. Mediante el uso del modelo descrito, se pueden producir 13 cosechas de camarones por año.
Ya sea que se use un modelo de cuatro o cinco fases, ambos dependen del conocimiento de las condiciones químicas, físicas y biológicas necesarias para el cultivo de camarones. Al ser heterotermos, losLitopenaeus vannamei(camarones de pata blanca del Pacífico) se deben mantener a temperaturas sostenibles en el rango de alrededor de 21 °C - 37 °C. Sin embargo, lo que es aún más importante, la temperatura debe estar muy regulada para maximizar las funciones vitales. Para fines prácticos, esto significa que la temperatura ambiental debe mantenerse dentro de un rango estrecho de 30-32 °C, en donde se prefiere 31 °C. Las restricciones de temperatura en la mayoría de las áreas climáticas, incluso los trópicos, imponen condiciones fuera del rango óptimo. Además de la temperatura ambiental, la calidad del agua es fundamental para la producción de camarones. Se han empleado tres enfoques diferentes: estos incluyen un sistema no recirculante, un sistema de acuicultura recirculante (RAS) y un sistema de flujo continuo refinado desde una fuente natural. Aunque hay numerosas variaciones en términos de acuicultura, todos los sistemas de camarones deben abordar cuestiones de calidad del agua relativas a salinidad, eliminación de desechos sólidos, control de oxígeno disuelto, control de amoníaco-nitrógeno, control de dióxido de carbono, pH (alcalinidad). El único sistema que permite el control, en lo que se refiere a la presente divulgación, es una variante de RAS.
El conocimiento de las condiciones químicas, físicas y biológicas necesarias para el cultivo de camarones permitió el rápido desarrollo de la cría de camarones en los EE. UU. Sin embargo, la historia de la cría de camarones en los Estados Unidos es breve y cambiante desde una perspectiva económica. El camarón blanco del Pacífico(Litopenaeus vannamei)fue amplia y rápidamente aceptado como la especie más viable para la producción de camarones a gran escala en los Estados Unidos. La cría de camarones en los EE. UU. se expandió rápidamente a principios de la década de 1980, con niveles de producción en aumento hasta principios de la década de 2000. La primera tecnología que permitió la expansión de la cría en los EE. UU. fue el modelo de estanque semiintensivo de fase única, en el que las PL obtenidas del criadero se almacenan directamente en los estanques. Mediante el uso de este proceso, se pudieron obtener niveles de producción de más de 5 toneladas métricas por hectárea por cosecha (MT/ha/cosecha). Sin embargo, debido a consideraciones climáticas, solo fue posible una cosecha por año. Con respecto a las prácticas de cría de camarones tropicales, los criaderos estadounidenses no eran competitivos. La cría de camarones se trasladó a alta mar, después de lo cual hubo una rápida disminución de la producción de camarones en instalaciones terrestres en los EE. UU. desde principios de la década de 2000.
El reconocimiento de las circunstancias descritas anteriormente llevaron a los investigadores a desarrollar tecnología que permitirá a los criadores estadounidenses contrarrestar las ventajas económicas de las zonas tropicales, que producen todo el año. La tecnología descrita en la patente estadounidense N.° 8.336.498 se desarrolló, en parte, para abordar estas cuestiones.
La tecnología descrita en la patente estadounidense N.° 8.336.498 es limitada en su alcance y aborda un subgrupo de aspectos relacionados con la producción de camarones. Los canales de flujo continuo apilados ya se usaban para la acuicultura de camarones desde 1973 y, más recientemente, se volvieron una práctica estándar en la piscicultura (ver más arriba). Los canales de flujo continuo apilados en sí mismos son simplemente un factor en el diseño de un enfoque de sistema integrado para la acuicultura de camarones, como se divulga en la presente. Todos los sistemas de acuicultura (es decir, estanques, tanques o canales de flujo continuo apilados, etc.) contienen limitaciones físicas y biológicas en cuanto a la cantidad y la masa biológica de camarones que se pueden criar por metro cuadrado de huella hídrica. Muchos factores intervienen en esta limitación y en general se relacionan con el estrés químico y físico que se ejerce sobre los camarones. Un enfoque multifase para la producción de camarones está diseñado para mitigar el estrés y las limitaciones de capacidad de carga.
Dentro lo conocido, la presente divulgación en general se refiere al diseño y el funcionamiento de un sistema de producción de camarones multifase, superintensivo e integrado que comprende subunidades modulares. Los subcomponentes están diseñados para ensamblarse en unidades estructurales que comprenden contenedores intermodales, contenedores de carga o contenedores marítimos construidos con acero reutilizable, o tipos de estructuras similares. Todas las subunidades se construyen específicamente para tal fin, al igual que los contenedores intermodales que están hechos para un almacenamiento seguro y eficaz, que son estructuralmente rígidos y apilables.
Los módulos se diseñan a medida e incluyen un criadero de camarones para las PL, ensamblajes de producción que comprenden subunidades de producción fabricadas y construidas en contenedores autoportantes rígidos, un sistema de acuicultura de reciclaje (RAS) para procesar agua, un sistema de distribución de alimento controlado por computadora y una estación informática conectada a cada módulo para el funcionamiento del sistema de producción de camarones multifase integrado. La presente invención proporciona un sistema de producción de camarones modularizado que comprende las características de la reivindicación independiente 1, y un método para la producción sincrónica de camarones maduros que comprende las características de la reivindicación independiente 16. Las formas de realización preferidas de la invención se establecen respectivamente en las reivindicaciones dependientes.
Las formas de realización de la invención pueden lograr una o más de las siguientes ventajas:
Acuicultura de camarones mediante el uso de un volumen de agua total por peso de camarón producido significativamente menor que con las técnicas convencionales.
Acuicultura de camarones en profundidades del agua promedio significativamente más bajas (por ejemplo, tan bajas como 2,5 cm o 2-3 veces más bajas) que las técnicas convencionales.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un área significativamente menor (por ejemplo, espacio de suelo) por peso de camarón que lo que se obtiene con las técnicas convencionales.
Acuicultura de camarones que logra una producción de camarones significativamente mayor por m2 de huella hídrica, es decir, >100 kg de camarones/m2 de huella hídrica/año. Dicho de otra forma, la capacidad de producción es >1.000.000 kg/ha de huella hídrica/año.
Acuicultura de camarones en densidades más altas por metro cuadrado que lo que se obtiene con las técnicas convencionales.
Acuicultura de camarones que logra una supervivencia significativamente mayor, es decir, >80%de supervivencia, incluso a niveles de producción mayores de 100 kg/m2 de huella hídrica.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un sistema de alimentación optimizado para el crecimiento.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un sistema de alimentación que permite alimentar a los camarones hasta la saciedad 24 h al día.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un sistema de alimentación que permite el tamaño de alimento adecuado proporcional al peso del camarón.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un alimento flotante elaborado mediante el uso de cocción por extrusión.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un sistema de distribución puntual controlado por computadora.
Acuicultura de camarones mediante el uso de ingeniería avanzada que implementa una plataforma ciberfísica a medida desarrollada para la detección ambiental que incluye: sensores de temperatura del agua, salinidad, oxígeno disuelto, turbidez, metabolitos que contienen nitrógeno, acústicos (nivel de consumo de alimento), etc.
Acuicultura de camarones mediante el uso de un equipo diseñado y construido para aislar la producción del medioambiente a fin de permitir operaciones independientes de las restricciones geográficas y climáticas.
Acuicultura de camarones en subunidades de producción apiladas verticalmente instaladas en contenedores intermodales, lo que permite repensar el equipo y el diseño de soportes estructurales.
Acuicultura de camarones mediante el uso de ciclos de producción sincrónicos. La producción ya no es un proceso por lotes.
Breve descripción de los dibujos
Se puede adquirir una comprensión más completa y profunda de las presentes formas de realización y ventajas de estas en referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que números de referencia similares indican características similares, y en donde:
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo para un modelo de producción de camarones superintensivo de cuatro fases. El criadero de fase 1 (1101) está en comunicación fluida con la subunidad de producción 1 de fase 2 (1201). La subunidad de producción 1 de fase 2 (1201) está en comunicación fluida con la subunidad de producción 2 de fase 3 (1301) y la subunidad de producción 3 de fase 3 (1401). La subunidad de producción 2 de fase 3 (1301) está en comunicación fluida con la subunidad de producción 6 de fase 4 (1701) y la subunidad de producción 7 de fase 4 (1801). La subunidad de producción 3 de fase 3 (1401) está en comunicación fluida con la subunidad de producción 4 de fase 4 (1501) y la subunidad de producción 5 de fase 4 (1601).
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo para un modelo de producción de camarones superintensivo de cinco fases. El criadero de fase 1 (2101) está en comunicación fluida con la subunidad de producción 1 de fase 2 (2201). La subunidad de producción 1 de fase 2 (2201) está en comunicación fluida con la subunidad de producción 2 de fase 3 (2301) y la subunidad de producción 3 de fase 3 (2401). La subunidad de producción 2 de fase 3 (2301) puede someterse a una cosecha parcial (2310) y está en comunicación fluida con la subunidad de producción 4 de fase 4 (2501). La subunidad de producción 3 de fase 3 (2401) puede someterse a una cosecha parcial (2320) y está en comunicación fluida con la subunidad de producción 5 de fase 4 (2601). La subunidad de producción 4 de fase 4 (2501) puede someterse a una cosecha parcial (2330) y está en comunicación fluida con la subunidad de producción 6 de fase 5 (2701). La subunidad de producción 5 de fase 4 (2601) puede someterse a una cosecha parcial (2340) y está en comunicación fluida con la subunidad de producción 7 de fase 5 (2801).
La Figura 3A ilustra una vista lateral transparente parcial de un contenedor intermodal que muestra tanques de criadero apilados utilizados para el cultivo de poslarvas de camarones y la ubicación del equipo de soporte. La Figura 3B ilustra una vista lateral exterior de un contenedor intermodal que muestra la ubicación de paneles y puertas de acceso utilizados para el acceso de servicio. La Figura 3C ilustra la vista de extremo de un contenedor intermodal con las puertas mostradas. La Figura 3D muestra una vista en sección transversal a través de tanques de criadero apilados construidos en un contenedor intermodal, vistos desde una perspectiva de extremo. La Figura 3E ilustra una ampliación de la mitad derecha de la Figura 3A que permite obtener un mayor detalle.
La Figura 4 muestra un contenedor intermodal preferido con las dimensiones exteriores indicadas.
La Figura 5 ilustra un esquema de una sección transversal de dos contenedores intermodales apilados y las subunidades de producción dispuestas verticalmente dentro de estos.
La Figura 6 ilustra una vista lateral transparente parcial de un contenedor intermodal que muestra subunidades de producción dispuestas verticalmente en dos contenedores intermodales apilados. El pozo de cosecha se muestra en el lado izquierdo junto con puertas de acceso dispuestas sobre el nivel del agua de cada subunidad de producción. La Figura 7A ilustra una subunidad de producción vista desde arriba. También se ilustra el flujo direccional del agua dentro de esta. La Figura 7B ilustra una sección transversal a lo largo del eje lineal del pozo de cosecha ubicado en el extremo izquierdo de la Figura 7A. La Figura 7C ilustra una vista detallada del pozo de cosecha a lo largo del eje de la subunidad de producción a la izquierda de la Figura 7A.
La Figura 8A ilustra el alambre de acero inoxidable fabricado para formar un bastidor auxiliar sobre el cual se dispone el polietileno de alta densidad (HDPE) de 100 mil para formar un compartimiento de agua. La Figura 8B ilustra una sección transversal a través de una subunidad de producción que muestra detalles de una riostra transversal al que se unen estantes de soporte. Los estantes de soporte soportan el peso de la subunidad de producción cuando se sueldan a la pared de un contenedor intermodal.
La Figura 9 ilustra un diagrama de flujo detallado del sistema de acuicultura de reciclaje (RAS) diseñado como un módulo para funcionar como parte de un sistema de producción multifase integrado.
La Figura 10 muestra un esquema detallado de un sistema de distribución de alimento controlado por computadora diseñado para distribuir alimento de tamaño adecuado a las subunidades de producción.
Definiciones:
Un controlador lógico programable (PLC) es un sistema de control informático industrial que monitorea continuamente el estado de los dispositivos de entrada y que toma decisiones en función de un programa personalizado para controlar el estado de los dispositivos de salida. Casi cualquier línea de producción, función de máquina o proceso puede mejorarse significativamente mediante el uso de este tipo de sistema de control. Sin embargo, el mayor beneficio en el uso de un PLC es la capacidad de cambiar y replicar la operación o el proceso mientras se recolecta y se comunica información vital. Los PLC preferidos de esta invención incluyen 1-12 entradas digitales; 1-18 salidas digitales; 1-12 entradas analógicas (0-12 voltios); salidas analógicas, termopares; interfaz RS232; interfaz USB. Mediante el uso de un PLC disponible en el comercio a través de Velocio Networks Inc (Huntsville, Alabama), un usuario puede utilizarsoftwarepara tener: Control de procesos, control de máquinas, control de sistema de movimiento, pruebas automáticas, automatización de hogar. La descripción de PLC y/o sus equivalentes se analiza en las hojas de datos para los productos ACE, BRANCHED, EMBEDDED (ver Branch PLC, Velocio Networks Inc, Huntsville Al , páginas 1-6, 2014; y Ace PLC, Velocio Networks Inc, Huntsville AL, páginas 1-6, 2014).
La comunicación eléctrica como se entiende en esta invención es una comunicación en la que cualquier tipo de información (habla, alfanumérica, visual, datos, señales u otro tipo de información) se transmite mediante señales eléctricas propagadas a través de cables o de manera inalámbrica (es decir, señales de radio, UV, ópticas, teléfono celular y similares). Según los medios utilizados para transmitir o transportar las señales, la comunicación eléctrica puede clasificarse como con cables o inalámbrica. La comunicación con cables se utiliza a menudo en muchos sistemas en combinación con formas de comunicación de radio, por ejemplo, con comunicación de radioenlace y comunicación por satélite. De acuerdo con la clasificación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, la comunicación eléctrica también incluye la transmisión de información mediante sistemas ópticos y otros sistemas electromagnéticos.
Descripción detallada de formas de realizaciones preferentes
Con el fin de satisfacer la presión de aumentar las tasas de producción por unidad de área junto con la minimización de costos, se diseñó un sistema de producción de camarones multifase y superintensivo que comprende módulos concebidos a lo largo de líneas funcionales. La consideración más importante era que cada módulo funcional debía diseñarse de modo que pudiera integrarse en la totalidad. Además, todos los módulos se diseñaron desde la perspectiva de fabricación fuera de planta y ensamblaje en planta rápido.
En la presente se divulga un sistema de producción de camarones multifase, superintensivo e integrado que utiliza una primera fase de criadero de camarones y unidades de producción que comprenden subunidades de producción apiladas para el cultivo de camarones, en donde ambos emplean un sistema de acuicultura recirculante (RAS) de bucle cerrado de agua limpia diseñado para maximizar el rendimiento mientras que se minimizan los costos de producción. El sistema de producción de camarones integrado también incluye un sistema de distribución de alimento controlado por computadora, un sistema de aireación impulsado por presión regulada, una plataforma ciberfísica diseñada a medida para la detección ambiental que incluye: sensores de temperatura del agua, salinidad, oxígeno disuelto, turbidez, metabolitos de nitrógeno (amoníaco, nitritos, nitratos), acústicos (actividad de alimentación) y monitoreo visual en tiempo real de cada subunidad de producción mediante el uso de cámaras CCTV para las condiciones asociadas con cada subunidad de producción (aireación, circulación, utilización de alimento, cosecha, etc.).
Controlador lógico programable e interfaz de usuario[[.]]
Un controlador lógico programable, PLC, o controlador programable es una computadora digital utilizada para la automatización de procesos electromecánicos habitualmente industriales, tales como el control de maquinaria. Los PLC se utilizan en muchas máquinas, en muchas industrias. Los PLC se diseñan para múltiples disposiciones de entradas y salidas digitales y analógicas, rangos de temperatura extensos, inmunidad a ruido eléctrico, y resistencia a la vibración y el impacto. Los programas para controlar el funcionamiento de máquinas habitualmente se almacenan en memorias no volátiles o respaldadas por baterías. Un PLC es un ejemplo de un sistema en tiempo real "duro", ya que los resultados de salida se deben producir en respuesta a condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, ya que de otra manera dan como resultado un funcionamiento no deseado. Una persona del oficio de nivel medio entiende que los PLC junto con un módulo de interfaz humana permiten la interacción humana con las máquinas para el funcionamiento eficaz y el control de una máquina desde el extremo humano, mientras que, simultáneamente, la máquina proporciona una retroalimentación que ayuda a las decisiones del operador que lleva a cabo el proceso. La interfaz de usuario, en el campo de diseño industrial de la interacción ser humano-máquina, es el espacio donde se producen las interacciones entre seres humanos y máquinas. Los fabricantes Siemens (Siemens Corporation, Washington, D.C., EE. UU.), Allen Bradley - Rockwell (Milwaukee, WI, EE. UU.) incluyen: YSI de Xylem (Pointe-Claire, Quebec, Canadá), Pentair Aquatic (Sanford, NC, EE. UU.), Campbell Scientific (Logan, UT, EE. UU.), AQI (Hobart, Tasmania, Australia), Ametek (Berwyn, Pennsylvania, EE. UU.), Hach (Loveland, Colorado, EE. UU.) y otros sistemas de automatización personalizados que tienen equipos de PLC disponibles que se encontrarían dentro del espíritu y el alcance de la invención.
Sensores/Sondas:
Monitoreo de pH. Un detector de pH es un dispositivo utilizado para medir potenciométricamente el pH, que es la concentración o la actividad de los iones de hidrógeno, de una solución acuosa. Otros métodos e instrumentos se usan para la determinación del pH y pueden utilizarse también para esta invención. También se puede utilizar papel que puede indicar el pH. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas y sensores utilizados para determinar el pH, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención.
Un sensor/sondas de temperatura del agua: se encuentra disponible una variedad de sensores para medir la temperatura del agua. En general, las señales eléctricas transmitidas desde los sensores/detectores se pueden registrar y convertir a diferentes unidades de medición, que incluyen °C, °F y 0K. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas y sensores utilizados para determinar la temperatura, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención.
Un sensor de salinidad mide de manera fácil y precisa el contenido de sal disuelta total en una solución acuosa. El sensor de salinidad puede medir agua con una amplia variedad de salinidades, desde agua salobre hasta agua de océano, e incluso entornos hipersalinos. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas y sensores utilizados para determinar la salinidad, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención.
Sensores de oxígeno disuelto. La sonda de oxígeno disuelto se puede usar para realizar una amplia variedad de experimentos para determinar cambios en los niveles de oxígeno disuelto, que son uno de los indicadores de la calidad en un entorno acuático. El oxígeno disuelto se refiere al nivel de oxígeno no compuesto libre presente en agua u otros líquidos. Es un parámetro importante para evaluar la calidad del agua debido a su influencia en los organismos que viven en una masa de agua. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas y sensores utilizados para determinar el oxígeno disuelto, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención. Por ejemplo, el catálogo en línea de "direct industry" punto COM (directindustry.com) incluye una gran variedad de sondas de oxígeno disuelto. Además, Mettler-Toledo Ingold Inc, (Billerica, MA 01821 EE. UU.) es una de las muchas compañías que vende sensores y sondas de oxígeno que sirven como sensores de oxígeno útiles para la presente invención.
Sensores de turbidez. La turbidez es la opacidad o turbiedad de un fluido causada por grandes cantidades de partículas individuales que en general son invisibles a simple vista, de manera similar al humo en el aire. La medición de la turbidez es una prueba clave de la calidad del agua. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas y sensores utilizados para determinar la turbidez, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención. Por ejemplo, el catálogo en línea "direct industry" punto com (directindustry.com) incluye una gran variedad de sensores de turbidez. Además, Mettler-Toledo Ingold Inc, (Billerica, MA 01821 EE. UU.) es una de las muchas compañías que vende sensores y sondas de turbidez que pueden ser sensores de turbidez útiles para la presente invención.
Detección de metabolitos de nitrógeno (amoníaco, nitritos, nitratos). El nitrógeno es un elemento químico crucial, tanto en proteínas como en ácidos nucleicos y, por lo tanto, todos los organismos vivos deben metabolizar el nitrógeno para sobrevivir. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas, sensores y detección utilizados para determinar los metabolitos de nitrógeno, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención.
Sensores acústicos (actividad de alimentación). Los sensores de ondas acústicas de superficie son una clase de sistemas microelectromecánicos (MEMS) que se basan en la modulación de ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico. El sensor transduce una señal eléctrica de entrada en una onda mecánica que, a diferencia de una señal eléctrica, puede verse fácilmente influenciada por fenómenos físicos. Luego, el dispositivo transduce esta onda nuevamente en una señal eléctrica. Se pueden usar cambios de amplitud, fase, frecuencia o retardo de tiempo entre las señales eléctricas de entrada y salida para medir la presencia del fenómeno deseado. Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para sondas y sensores utilizados para determinar la actividad de alimentación, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención.
Cámaras. Monitoreo visual en tiempo real de cada subunidad de producción mediante cámaras CCTV para las condiciones asociadas con cada subunidad de producción (aireación, circulación, utilización de alimento, cosecha, etc.). Hay muchos productos comerciales disponibles que proporcionan medios múltiples y diferentes para monitorear la producción visualmente, cada uno de los cuales está dentro del espíritu y alcance de esta invención. CCTV por infrarrojos también es una opción viable. En formas de realización preferidas, se usó una cámara Water Proof BW® 700tVl (BW Group, China) y una cámara IP tipo bala para exteriores Hikvision DS-2CD2012-I-4MM de 1,3 MP - (Hikivision, City of lndustry, CA, EE. UU.).
Sistema de alimentación de sonido. Con la presente invención, se usó un sistema de control de alimentación basado en un sensor SF200 para criadores de camarones. El sistema usa acústica pasiva para identificar la actividad de alimentación de camarones y luego usa esa información para controlar el suministro de alimento temporal mediante un algoritmo de alimentación adaptativo. El algoritmo adaptativo garantiza que el alimento suministrado coincida con el apetito de los camarones, de modo que todos los animales reciban una alimentación completa y sin desechos las 24 horas del día, de ser necesario.
Módulo de criadero
La cantidad de poslarvas (PL) requerida para cumplir con los niveles de producción establecidos en la Tabla 1 anterior es alta. Por lo tanto, las demandas impuestas a una fase de criadero ejecutada por separado de las fases de cultivo son altas. Para cumplir con este requisito, fue necesario idear un módulo de criadero de alta capacidad. Las PL de camarón divulgadas en la presente se almacenan en tanques apilados verticalmente en un contenedor intermodal, a una densidad de 4.000-8.000/m2. Cada tanque contiene agua de la misma salinidad que la usada en el preequilibrio de las PL. El agua en cada tanque se mantiene al hacerla circular a través de un sistema de acuicultura recirculante (RAS) similar al que se describe más adelante para los módulos de producción (ver Módulo de RAS). El agua se airea continuamente y se mantiene a 31-33 °C.
De acuerdo con una forma de realización de la divulgación, las PL se pueden almacenar en tanques de agua poco profundos apilados, Figuras 3A, D y E (601), apilados verticalmente en un contenedor intermodal, a una densidad de 5.000-12.000/m2. Los tanques se pueden fabricar a partir de muchos materiales diferentes, incluso fibra de vidrio, compuestos de madera, plásticos sintéticos (tales como polietileno, propileno, acrilonitrilo butadieno, estireno, etc.), acero recubierto de epoxi, metales y combinaciones de estos. En una consideración deseada, los tanques se fabrican a partir de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) con una pendiente de 0,5-1,5 % hasta una esquina frontal en donde está situado un tubo vertical. Antes de la instalación de los tanques, todas las superficies del interior del contenedor intermodal se sellan completamente con un material resistente a productos químicos, por ejemplo, epoxi, para evitar la corrosión por parte del agua salada.
La profundidad del agua salada en cada tanque 601 (Figuras 3A, D y E) se mantiene a una profundidad promedio de 30-50 cm, preferentemente 40 cm. La profundidad del agua del tanque en cada tanque se mantiene de manera independiente mediante el uso de un tubo vertical conectado a través de la pared del contenedor intermodal al compartimiento del equipo (602) en el que se almacenan las PL. Durante el cultivo de PL, una válvula desviadora y una bomba mantendrán los niveles de agua mediante circulación desde los tanques de almacenamiento (606). El equipo de calefacción y/o refrigeración está ubicado centralmente en el compartimiento del equipo integrado en cada contenedor intermodal 602 (Figura 3A). La temperatura en cada tanque se mantiene al hacer circular un medio fluido mantenido a 31-33 °C a través de un sistema hidrónico que consiste en tubos de polietileno (PEX) sujetados al fondo de cada tanque de criadero. Esta circulación es totalmente independiente del contenido del tanque.
Para fines de aireación, el aire se acondiciona previamente a 31-33 °C mediante el uso de un intercambiador de calor ubicado en el compartimiento del equipo 602 (Figura 3A) y luego se dispersa en el agua en los tanques de PL 601 (Figuras 3A, D y E).
Un actuador controlado por computadora controla la distribución de alimento que se descarga en los tanques a través de tubos 608 (Figura 3A) conectados a una tolva ubicada entre las pilas de tanques ubicadas en compartimientos accesibles por puerta a la izquierda y a la derecha del compartimiento del equipo 607 (Figura 3B). Se deben destacar los paneles cortados en el lado izquierdo y derecho del frente y el lado opuesto del frente (parte posterior) de un contenedor intermodal 604 (Figura 3B). Estos paneles permiten el acceso a cada tanque de criadero, ya que están ubicados sobre el borde de cada tanque. Están ahí con el fin de colocar una criba en cada tanque, lo que aumenta el área de superficie y actúa como deflectores en los tanques. Además, después de cada ciclo, es necesario limpiar los tanques y los paneles cortados permiten un fácil acceso. Cada panel cortado en condiciones operativas está sellado mediante una junta alrededor de la puerta. La puerta está cerrada cuando no es necesaria para el acceso.
El panel que se muestra en 603 (Figura 3E) es una cubierta para el compartimiento del equipo. De manera similar, 605 (Figura 3C) muestra las puertas ubicadas en cada extremo del contenedor intermodal.
La fase de criadero se puede llevar a cabo durante 25-40 días, preferentemente 30 días. Al final de este período, las PL se han convertido en camarones jóvenes de 0,4-0,7 g. El tiempo se puede variar un poco. Las circunstancias pueden ser tales que sea conveniente acelerar o ralentizar el crecimiento de los camarones; esto puede establecerse en parte al ajustar la temperatura del agua o la velocidad de alimentación hacia arriba o hacia abajo. Al final de la fase de criadero, los camarones jóvenes pueden cuantificarse y transferirse a un módulo de producción para su cultivo.
Módulo de producción de cultivo
Una limitación definitoria al considerar la producción de camarones en un depósito es la huella hídrica, es decir, el área ocupada por el agua a nivel del suelo. El sistema multifase divulgado en la presente permite una producción de significativamente >100 kg/m2 de huella hídrica por año (ver la Tabla 1 anterior), una cantidad significativamente mayor que cualquier otro sistema. Esto es más de diez veces la cantidad que se puede cultivar por m2 en sistemas de producción de fase única, tales como en canales de flujo continuo a nivel del suelo o tanques sobre el suelo. El cultivo de camarones en tanques terrestres o canales de flujo continuo situados a nivel del suelo requiere, por lo general, una profundidad del agua promedio de aproximadamente un metro, lo que hace que el peso sea prohibitivo para su aplicación en sistemas apilados. Sin embargo, como se divulga en la patente estadounidense N.° 8.336.488, los camarones pueden cultivarse a profundidades del agua promedio tan bajas como 10 cm, lo que hace posible apilar subunidades de producción y, por lo tanto, permite una mayor producción de camarones por huella hídrica, es decir, el área de nivel del suelo ocupado.
De acuerdo con una forma de realización más específica, en la presente se divulga un diseño para un módulo de producción de camarones multifase superintensivo que utiliza subunidades de producción especializadas integradas en dos unidades de contenedor intermodal "Hi-cube" (HC) apiladas. Las unidades de contenedor intermodal HC por lo general tienen puertas instaladas en cada extremo y están construidas de acero corrugado resistente a la corrosión atmosférica (Figura 4). Cada HC se puede apilar y tener piezas moldeadas con aberturas para sujetadores de bloqueo por torsión ubicadas en cada esquina. Para los fines divulgados en la presente, cada unidad por lo general tiene una altura de 9 pies y 6 pulgadas (2,896 m) y una longitud de 53 pies (16,15 m). Cuando se apilan, la altura de dos contenedores intermodales es de 19 pies (5,79 m).
De acuerdo con otra forma de realización de la divulgación, los camarones pueden cultivarse en series de subunidades de producción apiladas fabricadas en contenedores intermodales. Dentro de cada subunidad de producción, hay agua de profundidad promedio baja para el cultivo de camarones. Uno de tales diseños se presenta en la Figura 5, que muestra un segundo contenedor intermodal (5200) apilado encima de un primer contenedor intermodal (5100). En la Figura 5, se muestra una sección transversal de dos contenedores intermodales en los que se encuentran dispuestas verticalmente las subunidades de producción. Las subunidades de producción 201, 202, 203 y 204 están integradas en el contenedor intermodal superior 214, con 205, 206 y 207 situadas en el contenedor intermodal inferior. La cantidad de subunidades de producción por contenedor intermodal se puede reconfigurar sin limitación. También se ilustra en la Figura 5 la configuración del bastidor auxiliar de subunidad de producción. Se muestra la pared 208, la base y un punto central elevado 212.
Las estructuras de contenedor intermodal tienen rigidez estructural, tienen cuatro paredes autoportantes y son lineales, tal como para formar una caja rectangular. La rigidez estructural la confiere un marco de acero y paredes de acero soldadas de acero corrugado. La rigidez estructural es de suma importancia porque el contenedor intermodal base debe soportar una o más estructuras de idéntico tamaño colocadas directamente encima. Además, cada contenedor intermodal debería poder conservar la integridad estructural cuando las subunidades de producción 201 207 se llenan con agua y el peso se transfiere a las paredes del contenedor intermodal y hacia abajo a los soportes de esquinas. No puede haber ningún cambio dimensional, a lo largo de los ejes x, y o z o esto dará como resultado diferencias de elevación que causarán cambios en la profundidad del agua en las subunidades de producción y problemas en la producción de camarones.
La configuración de un módulo de producción se ilustra adicionalmente en la Figura 6. En la Figura 6, se muestra un esquema de una vista lateral transparente parcial de dos contenedores intermodales apilados (712, 713) en los que las subunidades de producción están dispuestas verticalmente en cada uno (701, 702, 703, 704, 705, 706, 707). Se muestra un pozo de cosecha 711 ubicado en el extremo izquierdo de cada subunidad de producción. También se ilustran los paneles de puerta de acceso 710 y 714 instalados justo por encima del nivel del agua de las subunidades de producción 702, 703, 704, 705, 706 y 707. Estas puertas tienen juntas y un dispositivo de bloqueo, de modo que forman un sello hermético cuando están cerradas. Las puertas están situadas específicamente para permitir el monitoreo de los camarones y las condiciones asociadas con las subunidades de producción, por ejemplo, distribución de alimento, circulación de agua, aireación, etc. Hay un espacio vertical limitado entre las subunidades de producción 701 y el techo de 712. Como se indicó anteriormente, la cantidad de subunidades de producción por contenedor intermodal es flexible y se puede variar. Por lo demás, todas las subunidades de producción tienen el mismo diseño.
Todas las subunidades de producción tienen el mismo diseño y se fabrican externamente como una unidad, antes de insertarse en un contenedor intermodal. No hay diferencia de elevación a lo largo de cada canal de flujo continuo. La profundidad del agua en cada subunidad de producción se establece en una profundidad promedio de 35 cm o más. Una de tales configuraciones de subunidad de producción se muestra en la Figura 7A. Cada subunidad de producción tiene ~2,4 metros de ancho por 15,5 metros de largo. Se construye una estructura para fines inclusivos denominada pozo 412 (Figuras 7A, B y C) en un extremo y se construye una estructura de tapa de extremo en el extremo opuesto (Figura 7A). Está diseñado para facilitar la recirculación del agua.
Una descripción del módulo de subunidad de producción en la Figura 7A comprende un tanque cuboide rectangular que tiene una línea de profundidad elevada a lo largo que es menos profunda en el medio del tanque (ver la sección transversal de las Figuras 8A y 8B) con una estructura de pozo (Figuras 7B y 7C) ubicado en el primer extremo del tanque y una estructura de tapa ubicada en el segundo extremo del tanque. El tanque cuboide rectangular es capaz de contener agua dulce o salada. El sistema acuático recirculante está en comunicación fluida con el módulo de subunidad de producción. Además, el módulo de distribución de alimento está en comunicación fluida con el módulo de subunidad de producción. El módulo de control por computadora está interconectado con uno o más módulos de equipo conectados al módulo de subunidad de producción, el módulo de sistema de acuicultura recirculante y/o el módulo de distribución de alimento.
De acuerdo con una forma de realización más específica, el pozo que comprende múltiples subestructuras 406, 408 (Figuras 7B y C) tiene de 25 a 35 cm de profundidad, según se mide desde el fondo 402 de la Figura 7B y 402, 404 de la Figura 7C hasta la base 408. La longitud de pozo 404 (Figura 7C) es de 1,2 metros de largo. Las paredes laterales 402 y 404 (Figuras 7A, B y C) que se extienden alrededor de la subunidad de producción tienen 40 cm de altura. Las paredes laterales del pozo son contiguas a las paredes del resto de la subunidad de producción. Cuando las puertas del contenedor están cerradas, cada subunidad de producción forma un compartimiento cerrado aislado con respecto a los situados arriba y abajo. Las paredes laterales de extremo 412 y 417 tienen un ángulo de 5-15 grados hacia afuera en las esquinas para facilitar la circulación del agua y eliminar la acumulación de detritos en el punto ciego.
La estructura de pozo 412 (Figuras 7A, B y C) tiene muchas funciones necesarias para que funcione un sistema de producción superintensivo integrado multifase. Desde una perspectiva funcional, se diseñaron cuatro aberturas físicas en el fondo del pozo 409, 410, 411 y 413 (Figura 7A). El agua que circula en sentido antihorario mediante boquillas direccionales (ver más adelante), al pasar e interactuar con el agua en el pozo 412, se ralentizará. Los desechos presentes en el agua se sedimentarán y se acumularán en el fondo 408 (Figura 7B). Para fines de eliminación, los detritos, incluso la materia fecal de camarones, se suspenden suavemente al enviar agua a través de una boquilla direccional tapada 409 (Figura 7A) y se capturan mediante salidas tapadas con criba 411 y 413. Las salidas con criba 411 y 413 son permeables a los desechos. Las cribas tienen el tamaño adecuado para retener los camarones. El agua y los detritos que pasan a través de las tapas con criba se bombean al sistema de acuicultura de reciclaje (RAS). Ver el módulo de<r>A<s>más adelante (Figura 9). También ubicada dentro del pozo, es decir, en el fondo, hay una salida 410 (Figuras 7A y C). Esta salida se usa para la transferencia y la cosecha de camarones. Para los propósitos descritos, se puede conectar un tubo flexible de gran diámetro a 410 y cuando se abre una válvula de compuerta, el agua, junto con los camarones, pasarán a través de la abertura. De este modo, el agua y los camarones pueden desviarse a una subunidad de producción de nivel inferior o enviarse al tanque de cosecha. En cualquier caso, suele ser deseable cuantificar la cantidad de camarones que se transfieren o se capturan. Esto se puede lograr al conectar un tubo flexible a un contador de camarones Larcos (Flanery, W., Kramer, K., Steimle, E. y Kristjansson, H., "Brief Description of the Larcose Shrimp Counter," VAKI Aquaculture Systems Ltd., Web, 21 de febrero de 2013) y permitir que los camarones suspendidos en el agua pasen a través de un sensor fotoeléctrico conectado a una computadora, en donde se usa unsoftwarede imágenes para procesar la imagen y contar la cantidad de camarones. Por ejemplo, un contador de camarones Larcose es un sistema de conteo basado en video que usa reconocimiento de imágenes por computadora para contar poslarvas. Puede reconocer cualquier objeto de alrededor de 3 mm a 200 mm. Puede contar poslarvas tan pequeñas como las de PL-5, incluso diferencia las vivas de las muertas. El uso de un sistema de conteo de flujo continuo elimina las redes, el enfriamiento del agua y las conjeturas estadísticas.
En el caso de una transferencia parcial, el conteo en tiempo real permite al operador cuantificar y dispersar los camarones en subunidades de producción según se desee. Elimina las redes y/o las conjeturas estadísticas. El uso del contador también tiene aplicación si los camarones se van a poner a la venta como camarones vivos, es decir, permite a un operador enumerar la cantidad de camarones consignados a un cliente en el punto de venta.
El nivel del agua en una subunidad de producción se mantiene mediante un tubo vertical y un sensor de profundidad. Según la demanda, la profundidad del agua se restablece mediante agua bombeada a cada subunidad de producción desde un tanque de almacenamiento que forma parte de RAS. Cuando la circulación alrededor de la subunidad de producción es accionada por agua reciclada bombeada en la subunidad de producción a partir de RAS y boquillas de dispersión de aire ubicadas alrededor de las paredes laterales de las longitudes lineales de las subunidades de producción.
Divulgada en la Figura 7 A, la Banda C es el diseño general de la subunidad de producción. A los fines de elaboración, se elabora una subestructura de marco de alambre compuesta de malla de alambre de acero inoxidable de grueso calibre. Puede conformarse para formar la base 804 (Figura 8A) y las paredes laterales 802 (Figura 8A y B) de la subunidad de producción. Para completar la construcción de la subunidad de producción, un revestimiento de polietileno de alta densidad (HDPE) de 100 mil se ajusta sobre el bastidor auxiliar y donde las juntas requeridas están termosoldadas para formar un compartimiento hermético al agua.
La subestructura y el revestimiento que constituyen una subunidad de producción están soportados a intervalos lineales mediante riostras transversales 803 (Figura 8B). Los recortes en las riostras transversales 805 (Figura 8A) están situados para facilitar la instalación de tubería y cableado necesario para el funcionamiento. Por ejemplo, al transferir o cosechar camarones, se pueden activar líneas de alta presión de agua, enrutadas a través de los recortes de riostras transversales 805 que son válvulas de actuador controlado por computadora. El agua en una secuencia de pulso sucesiva a partir de la tapa de extremo de recirculación que se mueve hacia el pozo de cosecha 412 (Figura 7A) se puede usar para eliminar cualquier camarón de las subunidades de producción. Esta es una etapa necesaria porque, si bien se los puede expulsar de la subunidad de producción con agua evacuada, un cierto porcentaje tienen predisposición a quedar varado al intentar contrarrestar el flujo de agua.
El lecho de la subunidad de producción 804 se fabrica de modo tal que sea plano a 30 cm, lateralmente, de la pared lateral 802 (Figura 8A), luego se inclina hacia arriba al centro y hacia abajo a la pared lateral opuesta. Por lo tanto, forma una estructura tipo arco que tiene una elevación central de -20 cm directamente por encima del punto central de la riostra de soporte 803 (Figura 8B). Desde una perspectiva funcional, el centro elevado ayuda a la circulación de agua a lo largo del eje lineal de la subunidad de producción, así como también la aireación, eliminación de detritos, formación de mayor área de superficie y facilita la cosecha de camarones al crear un canal de drenaje de agua profunda a cada lado de la subunidad de producción.
También se muestran en la Figura 8A y B los estantes 801 ubicados al final de cada riostra de soporte 803 (Figura 8B). Cuando la subunidad de producción se instala en el contenedor intermodal, los estantes se sueldan a las paredes y son el medio de soporte para la subunidad de producción completamente ensamblada.
Cada subunidad de producción en el módulo de producción está conectada independientemente a un módulo de sistema de acuicultura de reciclaje (RAS) de agua de bucle cerrado. Se muestra un diagrama de flujo del módulo de RAS en la Figura 9. El agua procesada por el RAS, antes de ser enviada de nuevo a las subunidades de producción individuales, se calienta hasta (31-33 °C) con un intercambiador de calor. De la misma manera, el aire comprimido se acondiciona previamente antes de inyectarse a través de puertos de conexión dentro del módulo de producción (pared del contenedor intermodal) y las paredes laterales de las subunidades de producción. La cantidad de aire inyectado a través de difusores se controlará mediante válvulas de flujo y reguladores de presión que se pueden controlar por computadora.
La aireación es un requisito fundamental en la acuicultura de camarones. El aire ambiente puede variar significativamente a lo largo del día fuera del módulo de producción. Cuando se usa para aireación, el aire frío puede disminuir dramáticamente la temperatura del agua, reducir el metabolismo de camarones, es decir, el crecimiento de camarones, y subir los costos de producción de energía. Por lo tanto, el aire comprimido templado se usará para oxigenar el agua en cada subunidad de producción.
Se presentan características de monitoreo adicionales en el diseño del módulo de producción. Cuando está en funcionamiento, todo lo que está dentro del módulo de producción está aislado del entorno exterior. Por lo tanto, se debe idear un método para monitorear las actividades dentro del espacio tipo túnel por encima de las subunidades de producción instaladas dentro del contenedor intermodal durante el cultivo. Al ser este el objetivo, las LED se ubican en las paredes por encima de la tubería de agua de cada subunidad de producción y una cámara de TV de carga acoplada (CCTV) se coloca estratégicamente por encima de cada subunidad de producción. La señal de cada cámara de CCTV se retroalimenta a una estación de trabajo central donde se la puede monitorear. La iluminación durante el cultivo se mantiene a baja intensidad. Se la eleva con poca frecuencia a un nivel suficiente para determinar si hay problemas de circulación, distribución y consumo de alimento o los camarones mismos.
Un sistema ciberfísico ("CPS") es un sistema de elementos computacionales colaboradores que controlan las entidades físicas. A diferencia de los sistemas incorporados más tradicionales, un CPS completamente desarrollado está diseñado por lo general como una red de elementos que interactúan con una entrada y salida físicas en lugar de como dispositivos independientes. La noción está estrechamente unida a conceptos de robótica y redes de sensores con mecanismos de inteligencia adecuados para la inteligencia computacional que conduce la vía. Los avances continuos en la ciencia e ingeniería mejorarán el enlace entre elementos computacionales y físicos por medio de mecanismos inteligentes, lo que aumenta dramáticamente la adaptabilidad, autonomía, eficacia, funcionalidad, confiabilidad, seguridad y facilidad de uso de sistemas ciberfísicos que están dentro del espíritu y alcance de la invención divulgada en la presente. Por ejemplo, otro equipo de monitoreo incluyó sensores de calidad de agua incorporados en cada subunidad de producción. Los datos de los sensores conectados a través de una plataforma ciberfísica se retroalimentarán en tiempo real a una computadora central. Las mediciones físicas y químicas que se han de monitorear incluyen: temperatura del agua, salinidad, oxígeno disuelto, pH, sólidos totales disueltos (TDS), niveles de metabolitos de nitrógeno (amoníaco, nitritos, nitratos) y acústica (actividad de alimentación).
Módulo de sistema de acuicultura recirculante (RAS)
De acuerdo con una forma de realización específica descrita en la presente, los tanques de subunidad de producción apilados dentro del módulo de producción de cultivo de camarones deben operarse mediante el uso de RAS de bucle cerrado. En la Figura 9 se ilustra un RAS diseñado para funcionar junto con el sistema de producción de camarones multifase integrado. Brevemente, como se muestra en la Figura 9, el agua de mar natural filtrada de afluente 102 o agua de pozo 104 se combina con sal marina 108 hasta una salinidad deseada antes de su colocación en un depósito de almacenamiento 109. Luego, el agua salada se distribuye a los tanques de subunidad de producción 110, 112, 114, 116, 118, 120 y 122 construidos en un módulo de producción mediante bombas. El agua bombeada directamente a cada tanque de subunidad de producción no se airea. Se proporciona por separado a cada tanque de subunidad de producción mediante aireadores 111, 113, 115, 117, 119, 121 y 123.
Al cerrar el bucle, el agua de cada tanque de subunidad de producción 110, 112, 114, 116, 118, 120 y 122 en donde se cultivan camarones se elimina a una velocidad controlada y se envía a un filtro de tambor de microcribado 126 para eliminar detritos (alimento excesivo, heces, etc.) antes de ser bombeada al biorreactor de lecho en movimiento (MBBR) 124 para su reprocesamiento para eliminar los desechos suspendidos, en particular amoníaco. El agua bombeada al MBBR 124 se mueve en cascada hacia abajo a través de un chorro cruzado de aire natural para eliminar el dióxido de carbono. Luego, pasa por un medio de microesferas para desnitrificar el agua. Las bacterias unidas al medio convierten el amoníaco en nitrato. El agua del MBBR 124 se pasa a través de un fraccionador de espuma 125 para eliminar los materiales proteicos emulsionados y se devuelve al MBBR. Luego, el agua templada se devuelve a cada tanque de subunidad de producción (110, 112, 114, 116, 118, 120 y 122) mediante bombas 130. El desecho saturado de agua de 124 y 125 se desvía a un reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente 127 para su procesamiento. El lodo de 127 se elimina según sea necesario y se usa como fertilizante de nitrógeno alto o se envía a un vertedero. El agua se coloca en almacenamiento 128 para reciclarla de vuelta a la operación.
Módulo de distribución de alimento
Los camarones consumirán alimento las 24 horas del día, 7 días a la semana, por lo que se ideó un sistema para lograr esto de modo de maximizar la producción de camarones. Hay varios problemas asociados con el alimento de camarones no flotante. Por ejemplo, el alimento que se esparce en la superficie del agua o mediante inyección en un solo punto se hidrata rápidamente al contacto. El agua lixivia rápidamente los nutrientes y/o quimioatrayentes. Por lo tanto, el alimento de camarones no flotante no solo es menos nutritivo, sino que con el tiempo los camarones ni siquiera pueden detectarlo. El alimento se vuelve una fuente nutritiva para las bacterias, lo que da como resultado una mayor producción de amoníaco. También es difícil juzgar si los camarones comieron todo este alimento, porque no se lo puede ver a través del agua. Como resultado, a los camarones se los puede alimentar fácilmente con demasiado alimento, lo que lleva a desechos y contaminación del agua, o con muy poco alimento, lo que da como resultado un crecimiento menos rápido. También puede producirse una alimentación no óptima debido a que el sistema de alimentación debe esparcir el alimento de camarones no flotante en la superficie del agua; de lo contrario, simplemente se hundirá en un área y no proporcionará alimento de igual manera a los camarones en todas las áreas. Si bien el acceso a un módulo de producción se proporciona mediante paneles de acceso insertados por encima de las subunidades de producción (ver Figura 6), es inconcebible que los paneles se puedan abrir de manera habitual múltiples veces por día para distribuir el alimento y/o el sistema mecánico podría lograr esto sin elevar el costo muy sustancialmente. En general, se necesitan sistemas y métodos nuevos de acuicultura de camarones para abordar uno o más de los problemas anteriores, así como otras dificultades.
A los fines de la forma de realización descrita en la presente, se seleccionó un alimento flotante. Se prefiere un alimento flotante preparado con un proceso de cocción con preacondicionamiento y extrusión que pasteuriza el producto, ya que esta tecnología se presta a elaborar alimentos de diámetro pequeño que son estables. Como se describe en la publicación de solicitud de patente estadounidense US 2012/0204801, el uso de un alimento flotante facilita: alimentar a los camarones mediante el uso de un sistema de alimentación de punto mecánico, que los alimenta siempre que lo necesiten 24 horas al día, disminuir la contaminación del agua y desecho debido al alimento no consumido, optimizar la velocidad de alimentación al observar cuándo se consumió el alimento, aumentar la tasa de crecimiento de camarones, disminuir la tasa de muerte de camarones, mejorar la salud general de los camarones, disminuir los nutrientes que se lixivian del alimento, disminuir la pérdida de alimento con la descarga (eliminación de agua) del sistema de producción, y reducir la cantidad de alimento requerido para producir una libra de camarones, es decir, reducir la FCR (relación de conversión de alimento).
Un sistema de producción de camarones multifase presenta un único problema, es decir, un alimento de un solo tamaño no se ajusta a todos. Los camarones pequeños en la fase 2 del cultivo (ver Tabla 1) no son capaces de consumir eficazmente pélets de alimento que son adecuados para los camarones en la fase 4 del cultivo (ver Tabla 1). Por lo tanto, se ideó un sistema que podría proporcionar un alimento de tamaño adecuado en tiempo real a cada subunidad de producción en donde puede haber camarones que varían de tamaño de 0,7-30 gramos o más.
Además de las consideraciones de alimento, se deben abordar los factores ambientales al diseñar un sistema de distribución de alimento. El entorno dentro del módulo de producción del cultivo en general, pero sobre todo en el volumen ocupado por cada subunidad de producción, es agua altamente saturada. Los pélets de alimento, incluso los pélets de alimento flotante, se aglomerarán sobre la pared de cualquier tubo a través del cual se introduce alimento por gravedad y/o a través de un sistema de distribución accionado por aire. Por lo tanto, se integró un sistema de distribución de alimento (es decir, igual que el módulo de distribución de alimento) modificado con respecto al de un sistema diseñado originalmente por Environmental Technologies Inc. en el sistema de producción multifase divulgado en la presente para lidiar con los problemas asociados.
Para abordar los problemas descritos anteriormente, se ideó un sistema de distribución de alimento a demanda para distribuir alimentos de cuatro tamaños diferentes. Además, se eliminaron los factores ambientales al hidratar el alimento y bombearlo directamente a cada subunidad de producción a través de tubos de alimentación. El sistema de distribución se muestra en la Figura 10. El sistema está diseñado en función del objetivo de dispensar selectivamente alimentos de cuatro tamaños diferentes desde tolvas de almacenamiento a tanques de subunidad de producción 110, 112, 114 y 116. El cambio de fuentes es mediante actuadores controlados por computadora.
Brevemente, el alimento seleccionado se proporciona mediante accionamientos controlados por computadora de silos de alimento 307 (Figura 10) a través de un tornillo sin fin 320 a un tanque de hidratación 322. En una sucesión rápida, se bombea agua 321 en el tanque de hidratación 322 y el alimento suspendido inmediatamente se bombea 326 a un colector 324. El alimento suspendido ahora presente en el colector 324 luego se distribuye mediante bombas al tanque de subunidad de producción deseado, es decir, 110, 112, 114 o 116, a través de tubos de distribución cargados de agua 306 cuando se abren las válvulas del actuador controlado por computadora en el colector 324. Después de la descarga, se envía el agua presurizada de 323 a través de una válvula de control de actuador 325 hacia dentro del colector 324 y luego a través de los tubos de distribución 306 para purgar cualquier residuo en el sistema antes de que se active el siguiente ciclo de alimentación. El enjuague evitará la acumulación de alimento, lixiviación del alimento, etc. Cada tubo de alimentación es trasladado a través de la pared de cada contenedor en un punto de alimentación por encima del nivel de agua de cada subunidad de producción, lo que permite una alimentación de un solo punto. Junto con el sistema de distribución de alimento, se indican aireadores para las subunidades de producción 111, 113, 115 y 117 (Figura 10).
Ejemplo 1:
Un primer aspecto de la presente invención incluye un sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación independiente 1.
Un sistema de producción de camarones modularizado preferido comprende varias unidades que incluyen:
a. un módulo de criadero de poslarvas;
b. un módulo de subunidad de producción;
c. un módulo de sistema de acuicultura recirculante (RAS);
d. un módulo de distribución de alimento; y
e. un módulo de control por computadora.
Las operaciones básicas del sistema están modularizadas e integradas para formar un sistema de producción de camarones superintensivo sincrónico multifase controlado por una plataforma ciberfísica diseñada que adquiere datos a través de sensores incorporados en el módulo de criadero de poslarvas, módulo de subunidad de producción, módulo de sistema de acuicultura recirculante (RAS) y módulo de distribución de alimento que permite la regulación de todos los aspectos mediante los controladores lógicos programables (PLC) integrados con los módulos de interfaz humana (HIM) a través de bucles de retroalimentación acoplados para mantener un entorno de acuicultura para un ciclo de producción sincrónico de camarones. El módulo de criadero de poslarvas preferido incluye al menos un tanque de agua poco profundo para producir camarones jóvenes. El módulo de criadero de poslarvas está en conexión fluida con el módulo de sistema de agua recirculante de poslarvas ("PLRAS"), el módulo de distribución de alimento y el módulo de control por computadora. El módulo de criadero de poslarvas tiene todos los equipos necesarios para ser una unidad independiente, pero algunos aspectos pueden estar integrados en todo el sistema de producción. El módulo de subunidad de producción comprende al menos un tanque cuboide rectangular que tiene una línea de profundidad elevada a lo largo que es menos profunda en el medio del tanque con una estructura de pozo de cosecha ubicado en el primer extremo del tanque y una estructura de tapa ubicada en el segundo extremo del tanque. El tanque cuboide rectangular es capaz de contener agua y está equipado con al menos una válvula para introducir y evacuar agua. El sistema acuático recirculante (RAS) está en comunicación fluida con el módulo de subunidad de producción. El módulo de distribución de alimento está en comunicación fluida con el módulo de subunidad de producción. El módulo de control por computadora está en comunicación eléctrica con los módulos de interfaz humana ("HIM"). En una forma de realización preferida, uno o más dispositivos de equipo que están ligados al módulo de criadero de poslarvas, el módulo de subunidad de producción, el módulo de sistema de acuicultura recirculante module o el módulo de distribución de alimento.
El módulo de criadero de poslarvas comprende uno o más tanques de agua poco profundos que tienen las dimensiones de alrededor de 8 pies por alrededor de 8 pies por alrededor de 1,5 pies que se inclinan en un ángulo de alrededor de 0,5-1,5 % hacia un tubo vertical situado en una esquina del tanque. La profundidad del agua en un tanque de agua poco profundo se mantiene a una profundidad promedio en el rango de 30-50 cm y preferentemente, alrededor de 40 cm. Las dimensiones del módulo de subunidad de producción preferido comprenden uno o más tanques cuboides rectangulares que tienen las dimensiones de alrededor de 7,9 pies por alrededor de 52 pies por alrededor de 1,55 pies que incluyen el pozo de cosecha en un extremo y una tapa de extremo de recirculación en el otro extremo. Cada uno de estos tanques cuboides rectangulares está apilado dentro de un primer contenedor intermodal que tiene dimensiones de alrededor de 8 pies por alrededor de 53 pies por alrededor de 9,6 pies. El módulo de sistema de acuicultura recirculante (RAS) está compuesto por bombas, conexiones y válvulas que forman una recirculación de bucle cerrado conectado independientemente del módulo de RAS al tanque cuboide rectangular de cada módulo de subunidad de producción contenido dentro del primer contenedor intermodal. En una forma de realización preferida, el sistema de acuicultura recirculante (RAS) está contenido dentro de un segundo contenedor intermodal.
El sistema de producción de camarones modularizado preferido contiene ciertos equipos y/o dispositivos para monitorizar, mantener o alterar el sistema de producción de camarones modularizado. Por ejemplo, tales equipos pueden tener un controlador lógico programable (PLC) para controlar un nivel de luz específico; una velocidad de circulación del agua; un nivel de agua del tanque; una temperatura del agua en un rango de 29-33 °C; una concentración de pH; una concentración de salinidad en el rango de 10-14 partes por mil; un nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/l; una concentración de metabolitos de nitrógeno; un sensor para detectar la modulación de ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico; un índice de sólidos disueltos totales; un evento visual que se produce en el tanque; un evento visual en vivo o grabado en el tanque; o una combinación de estos.
En una forma de realización preferida, los componentes para monitorear, mantener o alterar el entorno de acuicultura para un ciclo de producción sincrónico de camarones dependen del controlador lógico programable (PLC), que es esencialmente una computadora industrial que controla diferentes componentes o procesos del sistema de producción de camarones modularizado y se programa de acuerdo con los requisitos operativos del sistema. Numerosos sistemas listos para usar y/o personalizados están disponibles a través de Siemens, Allen Bradley (Rockwell), y numerosos otros sistemas de PLC personalizados están disponibles a través de otros comerciantes.
Los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar el nivel de luz específico comprenden diodos emisores de luz (LED) montados sobre la tubería de agua de cada subunidad de producción y que son conocidos en la técnica porque los LED han estado en el mercado por muchos años. Los componentes para monitorear, mantener o alterar la velocidad de circulación del agua comprenden bombas y válvulas, que también están disponibles a través de numerosos fabricantes comerciales. Los componentes para monitorear, mantener o alterar el nivel de agua del tanque comprenden sensores de nivel de líquido. Los componentes para monitorear, mantener o alterar la temperatura del agua comprenden aire comprimido que se preacondiciona hasta 31 °C al pasarlo a través de un intercambiador de calor antes de dispersarlo en el agua a través de boquillas de microdispersión. Los componentes para monitorear, mantener o alterar la concentración de pH comprenden una sonda de pH. Los componentes para monitorear, mantener o alterar la concentración de salinidad en el rango de 10-14 partes por mil comprenden sensores de conductividad que miden la capacidad del agua para conducir un flujo eléctrico y alertan a un usuario o hacen ajustes directamente. Los componentes para monitorear, mantener o alterar el nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/l comprenden sensores de oxígeno disuelto de los tipos polarográfico, de pulsos rápidos, galvánico y óptico. Los componentes para monitorear, mantener o alterar la concentración de metabolitos de nitrógeno comprenden sensores que alertan a un usuario. Los fabricantes de muchos de los sensores mencionados anteriormente incluyen YSI por Xylem, Pentair Aquatic, Campbell Scientific, AQl, Ametek y Hach.
El componente preferido para monitorear, mantener o alterar el sensor para detectar la modulación de ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico comprende sensores de alimentación acústica, tales como los de AQl Systems. Más específicamente, el sistema SF200 Sound Feeding System for Shrimp es el primer sistema de control de alimentación basado en sensores para criadores de camarones a nivel mundial. El sistema usa acústica pasiva para identificar la actividad de alimentación de camarones y luego usa esa información para controlar el suministro de alimento temporal mediante un algoritmo de alimentación adaptativo. El algoritmo adaptativo garantiza que el alimento suministrado coincida con el apetito de los camarones, de modo que todos los animales reciban una alimentación completa y sin desechos las 24 horas del día, de ser necesario.
Además, los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar el evento visual en vivo o grabado que se produce en el tanque tiene conectada una cámara de TV de carga acoplada ("CCTV'). Un modelo preferido incluye el modelo de CCTV por infrarrojos: Water Proof BW® 700TVL comercializado por BW Group, China. Otros modelos incluyen la cámara Hikvision DS-2CD2012-I-4MM l.3MP Outdoor Bullet IP de Hikivision USA, City of Industry, CA.
Otra forma de realización preferida del sistema de producción de camarones modularizado incluye una tubería de agua de alta presión con una válvula de actuador controlado por computadora enrutada sobre cada subunidad de producción. Con esta configuración, se puede liberar el agua de alta presión en cada subunidad de producción en pulsos desde la tapa de extremo de recirculación y forzar el movimiento de los camarones hacia el pozo de cosecha para facilitar la cosecha de camarones.
El sistema de acuicultura recirculante (RAS) preferido descrito anteriormente incluye un tanque de almacenamiento en conexión fluida con un sistema de bucle cerrado. El sistema de bucle cerrado incluye un biorreactor de lecho móvil (MBBR) en conexión fluida con una bomba. La bomba preferida está en conexión fluida con la subunidad de producción. La subunidad de producción preferida está en conexión fluida con un filtro de tambor de microcribado usado para eliminar los detritos. El filtro de tambor de microcribado preferido está en conexión fluida con el MBBR y un reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente. El MMBR preferido tiene una conexión fluida con un fraccionador de espuma usado para eliminar los materiales proteicos emulsionados del agua y devolver el agua al MBBR. El fraccionador de espuma preferido tiene una conexión fluida con el reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente que se usa para procesar y eliminar el lodo que se usará como relleno o fertilizante con alta cantidad de nitrógeno. El reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente preferido está en conexión fluida con un tanque de almacenamiento de agua reciclada. El tanque de almacenamiento preferido está en comunicación fluida con un tanque de agua de mar natural filtrada o un tanque de agua de pozo que está en conexión fluida con un tanque de mezcla usado para mezclar agua y sal marina hasta una salinidad deseada, cuya mezcla se transferirá al tanque de almacenamiento.
Los tanques de agua poco profundos y los tanques cuboides rectangulares pueden estar hechos de materiales que incluyen: fibra de vidrio, compuestos de madera, plásticos sintéticos, polietileno, propileno, acrilonitrilo butadieno, estireno, acero recubierto de epoxi, metales o una combinación de estos. Sin embargo, también se pueden utilizar otros materiales de construcción conocidos en la técnica para la producción de tanques y se consideraría que esto está dentro del espíritu y alcance de la invención. Cada uno de los tanques cuboides rectangulares puede construirse con múltiples puertos que se insertan a través de las paredes de los tanques para permitir la colocación de boquillas de microdispersión para airear, boquillas direccionales a través de las cuales se pueda bombear el agua reprocesada con el sistema de acuicultura de reciclaje (RAS) para circular el agua en cualquier dirección, aunque hay una dirección en sentido antihorario preferida en cada tanque. Además, el pozo de cosecha preferido para cada tanque cuboide rectangular se construye con salidas para la recolección y extracción de detritos, así como para la cosecha de camarones. Los tanques de agua poco profundos y los tanques cuboides rectangulares preferidos se diseñaron con ciertas dimensiones para poder colocarlos dentro de un contenedor.
Ejemplo 2:
Un segundo aspecto de la presente invención incluye un método para tener un ciclo de producción sincrónico de camarones maduros de acuerdo con la reivindicación independiente 16.
La forma de realización preferida establece un ciclo de producción sincrónico al repetir las etapas (a) a (k) y al asegurarse de que los tanques cuboides rectangulares de la subunidad de producción del sistema de producción de camarones modularizado se recarguen tan pronto se vacíen por la división respectiva de las diferentes poblaciones de camarones. Además, las etapas podrían continuarse para una población de camarones de quinta fase o superior. Una extensión de la cantidad de fases posibles con el sistema de producción de camarones modularizado dependería de la escala de producción necesaria. Sin embargo, si se pueden aumentar los módulos, se podría extender la cantidad de poblaciones de camarones de fase x y se consideraría que esto está dentro del espíritu y alcance de la presente invención.
De acuerdo con la invención, todas las fases de crecimiento de camarones y las operaciones básicas se modularizan e integran para formar un sistema de producción de camarones superintensivo sincrónico multifase controlado por una plataforma ciberfísica diseñada a medida que adquiere datos a través de sensores incorporados en módulos de criadero de poslarvas, módulos de subunidad de producción (es decir, igual que los módulos de producción de cultivo), módulos de sistema de acuicultura recirculante (RAS) y módulos de distribución de alimento que permite la regulación de todos los aspectos mediante los controladores lógicos programables (PLC) integrados con los módulos de interfaz humana (HIM) a través de bucles de retroalimentación acoplados. Las condiciones de crecimiento de camarones incluyen tener las condiciones óptimas de iluminación, alimentación, temperatura del agua, nivel del agua, pH del agua y concentraciones salinas del agua que conducen a una maduración óptima y eficaz de los camarones. Como el sistema de acuicultura modularizado permite la cría de camarones en cualquier clima, las personas del oficio de nivel medio entienden que puede que sea necesario optimizar algunos de estos parámetros en función de la geografía (es decir, humedad, elevación, temperatura, etc.). El módulo de criadero de poslarvas tiene al menos un tanque de agua poco profundo para producir camarones jóvenes, en donde el módulo de criadero de poslarvas está preferentemente en conexión fluida con un módulo de sistema de agua recirculante de poslarvas ("PLRAS") y el módulo de distribución de alimento.
El tanque cuboide rectangular tiene una línea de profundidad elevada a lo largo que es menos profunda en el medio del tanque cuando está cargado con agua. La estructura de pozo de cosecha se ubica en el primer extremo del tanque y una estructura de tapa se ubica en el segundo extremo del tanque. El tanque cuboide rectangular del módulo de subunidad de producción es capaz de contener agua y está equipado con al menos una válvula para introducir y evacuar agua. El sistema acuático recirculante está en comunicación fluida con el módulo de criadero de poslarvas y el módulo de subunidad de producción; en donde el módulo de distribución de alimento está en comunicación fluida con cada subunidad de producción en un módulo de producción. El módulo de control por computadora está en interfaz con módulos de interfaz humana ("HIM") y uno o más dispositivos de equipo que están conectados al módulo de criadero de poslarvas, el módulo de subunidad de producción, el módulo de sistema de acuicultura recirculante o el módulo de distribución de alimento.
Un método preferido incluye almacenar poslarvas de camarones a una densidad de 4000-8000/m2 en cada tanque de agua poco profundo apilado verticalmente e instalado en el módulo de criadero. Además, el entorno de acuicultura preferido para un ciclo de producción sincrónico de camarones se preserva al monitorear, mantener o alterar: un nivel de luz específico; una velocidad de circulación del agua; el nivel de agua del tanque de agua poco profundo en el rango de 30-50 cm; el nivel de agua del tanque de agua poco profundo por encima de 35 cm; una temperatura del agua en un rango de 29-33 °C; una concentración de pH; una concentración de salinidad en el rango de 10-14 partes por mil; un nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/l; una concentración de metabolitos de nitrógeno; un sensor para detectar la modulación de ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico; un índice de sólidos disueltos totales; un evento visual que se produce en el tanque; un evento visual en vivo o grabado en el tanque; o una combinación de estos. Un método de mayor preferencia para preparar el entorno de acuicultura es usar aire comprimido que se preacondiciona hasta 31 °C al pasarlo a través de un intercambiador de calor en el módulo de criadero antes de dispersarlo en el agua del tanque del criadero a través de boquillas de microdispersión.
Además, la preparación y el mantenimiento del entorno de acuicultura son asistidos al incorporar en cada subunidad de producción sensores de temperatura del agua, nivel del agua, salinidad, oxígeno disuelto, pH, sólidos totales disueltos (TDS), niveles de metabolitos de nitrógeno (amoníaco, nitritos, nitratos) y acústica (actividad de alimentación). Sucintamente, la mayoría, o incluso la totalidad, de los datos de medición física y química son conectados a través de una plataforma ciberfísica por un controlador de lógica de programa (PLC) integrado en módulos de interfaz humana (HIM) para ajustes y retroalimentación en tiempo real.
De acuerdo con la invención, preparar y mantener el entorno de acuicultura incluye usar el módulo de distribución de alimento controlado por computadora que toma alimento de uno de cuatro o más alimentos diferentes las de tolvas unidas. El alimento seco luego se hidrata y dispensa a una subunidad de producción diana en función de las señales del controlador lógico programable (PLC).
Además, preparar y mantener el entorno de acuicultura incluye incorporar en cada subunidad de producción sensores para monitorear, mantener o alterar el sistema de producción de camarones modularizado con el uso de un controlador lógico programable (PLC) para controlar diferentes componentes o procesos del sistema de producción de camarones modularizado, en donde el PLC se programa de acuerdo con los requisitos operativos del sistema. Los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar el nivel de luz específico comprenden diodos emisores de luz (LED) montados sobre la tubería de agua de cada subunidad de producción. Los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar la velocidad de circulación del agua comprenden bombas y válvulas. Los componentes para monitorear, mantener o alterar el nivel de agua del tanque comprenden sensores de nivel de líquido. Los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar la temperatura del agua comprenden aire comprimido que se preacondiciona hasta 31 °C al pasarlo a través de un intercambiador de calor antes de dispersarlo en el agua a través de boquillas de microdispersión. Los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar la concentración de pH incluyen una sonda de pH u otros medios para medir el pH. Los componentes preferidos para monitorear, mantener o alterar la concentración de salinidad en el rango de 10-14 partes por mil incluyen sensores de conductividad que miden la capacidad del agua para conducir un flujo eléctrico y alertan a un usuario o hacen ajustes directamente. Los componentes preferidos para los componentes para monitorear, mantener o alterar el nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/L comprenden sensores de oxígeno disuelto de los tipos polarográfico, de pulsos rápidos, galvánico y óptico; los componentes para monitorear, mantener o alterar la concentración de metabolitos de nitrógeno comprenden sensores que alertan a un usuario; el componente para monitorear, mantener o alterar el sensor para detectar la modulación de ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico comprende; los componentes para monitorear, mantener o alterar el índice de sólidos disueltos totales comprenden sensores que alertan a un usuario; los componentes para monitorear, mantener o alterar el evento visual en vivo o grabado que se produce en el tanque tiene conectada una cámara de TV de carga acoplada ("CCTV").
Un método preferido para recolectar camarones implica usar tuberías de agua de alta presión instalada sobre cada subunidad de producción y conectada a válvulas de actuador controlado por computadora activadas en pulsos desde la tapa de extremo de recirculación que se mueve hacia el pozo de cosecha.
Si bien más arriba solo se describen específicamente formas de realización de ejemplo de la invención, se apreciará que son posibles modificaciones y variaciones de estos ejemplos sin apartarse del alcance de la invención definida por las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, una persona del oficio de nivel medio apreciará que las mediciones, particularmente de las dimensiones del canal de flujo continuo, del peso de los camarones y del tiempo son aproximadas y pueden variar en cierta medida sin apartarse del alcance de la invención. Una persona del oficio de nivel medio también apreciará que, en la mayoría de los casos, el peso del agua contenida representa la mayor parte del peso de la subunidad de producción. En consecuencia, puede ser posible disponer verticalmente las subunidades de producción que tengan paredes más altas que las descritas en la presente, pero en donde la profundidad del agua está, no obstante, aproximadamente a la altura de pared indicada. Los lados del contenedor en donde instalan las subunidades de producción se vuelven efectivamente una extensión de los lados de la subunidad de producción.
Una persona del oficio de nivel medio apreciará que los ensamblajes de producción y las subunidades de producción fabricados en la presente pueden tener diversas mediciones. Generalmente, los contenedores intermodales están disponibles con una longitud de 20 pies (6,1 m), 40 pies (12,2 m), 45 pies (13,7 m) y 53 pies (16,5 m) y se producen con alturas variables. También es posible conectar los contenedores en múltiples casos y fabricar subunidades de producción en el interior para generar una mayor producción de camarones. Sin limitación, es concebible poder construir estructuras rígidas similares a contenedores que tengan un ancho, una longitud y una altura diferentes a los de los contenedores generalmente disponibles. Tales estructuras abrirían nuevamente la posibilidad de aumentar significativamente la producción de camarones. De hecho, una estructura descrita de esta manera puede ser una construcción independiente conectada a los módulos de criadero, RAS y alimentación junto con un control activado por computadora. Los modelos de producción como los módulos descritos en la presente son ejemplos y se considera que revisarlos para satisfacer las demandas del mercado está dentro del alcance de la invención definida por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (23)
1. Un sistema de producción de camarones modularizado, que comprende:
uno o más módulos de criadero de poslarvas que comprenden uno o más tanques de agua poco profundos (601), uno o más módulos de subunidad de producción que comprenden:
uno o más tanques cuboides rectangulares (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122) capaces de contener agua, equipados con una o más válvulas para introducir y evacuar agua y que tienen una estructura de pozo de cosecha (412) ubicada en un extremo de cada tanque y una estructura de tapa ubicada en el otro extremo del tanque; en donde el tanque tiene una línea de profundidad elevada a lo largo que es menos profunda en el medio del tanque;
un módulo de sistema de acuicultura recirculante en comunicación fluida con el uno o más módulos de subunidad de producción;
estando el sistema de producción de camaronescaracterizado porquecomprende además: uno o más sensores dispuestos en cada uno del uno o más módulos de criadero de poslarvas, el uno o más módulos de subunidad de producción y el módulo de sistema de acuicultura recirculante, un módulo de distribución de alimento en comunicación fluida con el uno o más módulos de subunidad de producción y que comprende uno o más sensores; y
un módulo de control por computadora en comunicación eléctrica con uno o más dispositivos del equipo conectados al uno o más módulos de criadero de poslarvas, el uno o más módulos de subunidad de producción, el módulo de sistema de acuicultura circulante y
el módulo de distribución de alimento, en donde el módulo de control por computadora está configurado para obtener datos a través de los sensores y controlar el uno o más dispositivos de equipo mediante el uso de uno o más controladores lógicos programables integrados con uno o más módulos de interfaz humana a través de bucles de retroalimentación acoplados para monitorear y mantener un entorno de acuicultura en el uno o más tanques para un ciclo sincrónico de producción de camarones,
ycaracterizado porqueel módulo de distribución de alimento comprende cuatro tolvas de alimento (307), en donde cada una comprende un alimento diferente, y un tanque de hidratación (332) para hidratar el alimento seleccionado, y en donde el entorno de acuicultura se prepara y mantiene mediante el uso de un módulo de distribución de alimento controlado por computadora configurado para extraer uno de los cuatro alimentos diferentes de una tolva respectiva (307), hidratar el alimento en el tanque de hidratación (332) y dispensar el alimento hidratado a un tanque diana (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122) de la subunidad de producción en función de una señal de un controlador lógico programable.
2. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el uno o más módulos de criadero de poslarvas están en comunicación fluida con un módulo de sistema de acuicultura recirculante de poslarvas y el módulo de distribución de alimento.
3. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 2, en donde:
el uno o más tanques de agua poco profundos (601) del uno o más módulos de criadero de poslarvas tienen dimensiones de alrededor de 2,4 m (8 pies) por alrededor de 2,4 m (8 pies) por alrededor de 0,46 m (1,5 pies) con una pendiente a un ángulo de alrededor de 0,5-1,5 % hacia un tubo vertical situado en una esquina de cada tanque;
en donde uno o más tanques de agua poco profundos están apilados dentro de un contenedor intermodal de criadero de poslarvas;
en donde la profundidad del agua en cada tanque de agua poco profundo se mantiene independientemente a una profundidad promedio de 30-50 cm, y preferentemente de alrededor de 40 cm;
en donde la profundidad del agua en cada tanque de agua poco profundo se mantiene independientemente mediante el uso de un tubo vertical instalado a través de la pared del contenedor Conex del criadero de poslarvas hacia el compartimiento del equipo, y en donde la válvula desviadora y una bomba mantienen los niveles de agua mediante la circulación desde un tanque de almacenamiento.
4. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en donde:
el módulo de criadero de poslarvas comprende dos o más tanques de agua poco profundos (601) en pendiente hacia un tubo vertical situado en una esquina de cada tanque; en donde los dos o más tanques de agua poco profundos están apilados uno sobre otro; y la profundidad del agua en cada tanque de agua poco profundo se mantiene independientemente mediante la circulación desde un tanque de almacenamiento (606).
5. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en donde: el módulo de criadero de poslarvas comprende una pluralidad de los tanques de agua poco profundos del módulo de criadero de poslarvas apilados dentro de un contenedor intermodal de criadero de poslarvas; los tanques de agua poco profundos del módulo de criadero de poslarvas están en pendiente hacia un tubo vertical situado en una esquina del tanque;
la profundidad del agua en cada tanque de agua poco profundo del módulo de criadero de poslarvas se mantiene independientemente a través de un tubo vertical instalada a través de una pared del contenedor intermodal de criadero de poslarvas hacia un compartimiento del equipo; y
una válvula desviadora y una bomba mantienen los niveles de agua mediante la circulación desde un tanque de almacenamiento de agua.
6. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1 o 3, en donde:
cada uno del uno o más módulos de subunidad de producción comprende dos o más tanques (110, 112, 114, 116, 118, 120, 122);
los dos o más tanques están apilados uno sobre otro; y
el módulo de sistema de acuicultura recirculante comprende además bombas, conexiones y válvulas que forman una recirculación por bucle cerrado conectado independientemente desde el módulo de sistema de acuicultura recirculante hacia cada tanque de la pila.
7. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los dispositivos del equipo comprenden monitorear, mantener o alterar los componentes en comunicación eléctrica con el módulo de control por computadora mediante el uso del uno o más controladores lógicos programables para controlar uno o más de:
un nivel de luz específico;
una velocidad de circulación del agua;
el nivel de agua del tanque de la subunidad de producción por encima de 35 cm;
una temperatura del agua en un rango de 29-33 °C;
una concentración del pH;
una concentración de salinidad de 10-14 partes por mil;
un nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/l;
una concentración de metabolitos de nitrógeno;
un sensor para detectar la modulación de ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico; un índice de sólidos disueltos totales;
un evento visual que se produce en uno del uno o más tanques, y
un evento visual en vivo o grabado en uno del uno o más tanques.
8. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 7, en donde:
el uno o más controladores lógicos programables están programados para monitorear, mantener o alterar el entorno de acuicultura para el ciclo sincrónico de producción de camarones, en donde el monitoreo, mantenimiento o alteración de los componentes comprende además:
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el nivel de luz específico comprenden diodos emisores de luz montados sobre una línea de agua de cada tanque de subunidad de producción;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la velocidad de circulación del agua comprenden bombas y válvulas;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el nivel de agua del tanque comprenden sensores de nivel de líquido;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la temperatura del agua comprenden aire comprimido preacondicionado a 31 °C mediante su paso a través de un intercambiador de calor antes de su dispersión en el agua a través de boquillas de microdispersión;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la concentración de salinidad comprenden sensores de conductividad que miden la capacidad del agua para conducir flujo eléctrico y alertan a un usuario o hacen ajustes directamente;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/l comprenden sensores de oxígeno disuelto polarográficos, de pulsos rápidos, galvánicos u ópticos; los componentes que monitorean, mantienen o alteran la concentración de metabolitos de nitrógeno comprenden sensores que alertan a un usuario;
un sensor de alimentación acústico que detecta la modulación de las ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el índice de sólidos disueltos totales comprenden sensores que alertan a un usuario; y
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el evento visual en vivo o grabado que se produce en el tanque comprenden una cámara de televisión de carga acoplada.
9. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una línea de agua de alta presión que tiene una válvula actuadora controlada por computadora instalada sobre cada tanque de subunidad de producción y configurada para liberar agua de alta presión en cada tanque de subunidad de producción en pulsos desde la estructura de tapa que se mueve hacia la estructura de pozo de cosecha para recolectar camarones.
10. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el módulo de sistema de acuicultura recirculante comprende:
un tanque de almacenamiento (109) en conexión fluida con un sistema de bucle cerrado, en donde el sistema de bucle cerrado comprende:
un biorreactor de lecho móvil (124) en conexión fluida con una bomba (130), en donde la bomba está en conexión fluida con el uno o más módulos de subunidad de producción;
un filtro de tambor de microcribado (126) configurado para eliminar detritos del agua del sistema y en conexión fluida con la una o más subunidades de producción y en conexión fluida con el biorreactor de lecho móvil;
un reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente (127) en conexión fluida con el biorreactor de lecho móvil y configurado para procesar y extraer el lodo del agua del sistema como fertilizante con alta cantidad de nitrógeno o material de relleno sanitario, en donde donde el reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente también está en conexión fluida con un tanque de almacenamiento de agua reciclada (128); y
un fraccionador de espuma (125) en conexión fluida con el biorreactor de lecho móvil y configurado para eliminar los materiales proteicos emulsionados del agua del sistema y devolver el agua del sistema al biorreactor de lecho móvil, en donde el fraccionador de espuma también está en conexión fluida con el reactor de manta de lodo anaeróbico de flujo ascendente; y
un tanque de agua de mar natural filtrada en comunicación fluida con el tanque de almacenamiento o un tanque de agua de pozo en conexión fluida con un tanque de mezcla configurado para mezclar agua y sal marina hasta una salinidad deseada y transferir el agua mezclada con sal marina al tanque de almacenamiento.
11. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada uno del uno o más tanques están hechos de materiales que comprenden: fibra de vidrio, compuestos de madera, plásticos sintéticos, polietileno, propileno, acrilonitrilo butadieno, estireno, acero recubierto de epoxi, metales o una combinación de estos.
12. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el uno o más tanques se despliegan dentro de un contenedor intermodal.
13. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada uno del uno o más tanques comprende además múltiples puertos insertados a través de las paredes del tanque, en donde cada puerto comprende:
una boquilla de microdispersión configurada para airear agua; o
una boquilla direccional en conexión fluida con el módulo de sistema de acuicultura recirculante y configurado para hacer circular agua en sentido horario o antihorario en el tanque.
14. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura de pozo de cosecha para cada uno del uno o más tanques comprende salidas configuradas para recolectar y eliminar detritos y/o para recolectar camarones.
15. El sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura de pozo de cosecha comprende al menos una salida con malla que es permeable a los desechos pero no a los camarones, y la salida con malla está configurada para hacer pasar los desechos del módulo de subunidad de producción al módulo de sistema de acuicultura recirculante, en donde la estructura de pozo de cosecha comprende además al menos una salida de transferencia de camarones configurada para hacer pasar los camarones y el agua a otro módulo de subunidad de producción.
16. Un método para la producción sincrónica de camarones maduros mediante el uso de un sistema de producción de camarones modularizado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde el método comprende:
a. Preparar un entorno de acuicultura para el ciclo sincrónico de producción de camarones;
b. almacenar camarones poslarva en el uno o más módulos de criadero de poslarvas;
c. criar camarones poslarva hasta su etapa joven en el uno o más módulos de criadero de poslarvas, para formar una población de camarones de primera fase;
d. transferir los camarones de primera fase a un tanque cuboide rectangular de la primera subunidad de producción del uno o más módulos de subunidad de producción, y repetir la etapa b;
e. criar los camarones jóvenes en el tanque de la primera subunidad de producción durante un primer período de tiempo, para formar una población de camarones de segunda fase, y repetir la etapa c; f. dividir la población de camarones de segunda fase en dos tanques de la segunda subunidad de producción, y repetir la etapa d;
g. criar la población de camarones de segunda fase en cada uno de los tanques de la segunda subunidad de producción durante un segundo período de tiempo, para formar una población de camarones de tercera fase, y repetir la etapa e;
h. recolectar una porción de la población de camarones de tercera fase;
i. dividir la población de camarones de tercera fase en dos tanques distintos de la tercera subunidad de producción, y repetir la etapa f;
j. criar la población de camarones de tercera fase en cada uno de los dos tanques de la tercera subunidad de producción durante un tercer período de tiempo, para formar una población de camarones de cuarta fase, y repetir la etapa g;
k. recolectar al menos una porción de la población de camarones de cuarta fase, y repetir las etapas h e i; y
mantener el entorno de acuicultura en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción mediante el módulo de control por computadora, para obtener datos a través de los sensores dispuestos en el módulo de criadero de poslarvas; los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción; el módulo de sistema de acuicultura recirculante; y el módulo de distribución de alimento, en donde el módulo de control por computadora controla el uno o más dispositivos del equipo, mediante el uso de uno o más controladores de lógica programables integrados en uno o más módulos de interfaz humana a través de bucles de retroalimentación acoplados; en donde las condiciones de crecimiento de los camarones comprenden: iluminación, alimento, temperatura de agua, nivel del agua, pH del agua y concentraciones de salinidad del agua propicias para la maduración de los camarones, en donde el módulo de criadero de poslarvas tiene al menos un tanque de agua poco profundo para producir camarones jóvenes, en donde el tanque es capaz de contener agua, está equipado con una o más válvulas para introducir y evacuar el agua, y tiene una estructura de pozo de cosecha ubicada en un extremo de cada tanque y una estructura de tapa ubicada en el otro extremo del tanque; en donde el tanque tiene una línea de profundidad elevada a lo largo que es menos profunda en el medio del tanque; y uno o más sensores en los módulos de criadero; y en donde el módulo de sistema de acuicultura recirculante está en comunicación fluida con el uno o más módulos de criadero de poslarvas y los módulos de subunidad de producción;
en donde el entorno de agricultura se prepara y mantiene mediante el uso del módulo de distribución de alimento controlado por computadora, que extrae uno de cuatro alimentos diferentes de las tolvas unidas, hidrata el alimento y dispensa el alimento hidratado a un tanque diana de la subunidad de producción en función de una señal enviada por un controlador lógico programable.
17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde recolectar al menos la porción de la población de camarones de cuarta fase comprende recolectar la porción de la población de camarones de cuarta fase al dividir una porción no recolectada de la población de camarones de cuarta fase en dos tanques de la cuarta subunidad de producción, en donde el método comprende además:
criar la población de camarones de cuarta fase en cada uno de los dos tanques de la cuarta subunidad de producción durante un cuarto período de tiempo para formar una población de camarones de quinta fase, y repetir la etapa j; y
recolectar la población de camarones de quinta fase y repetir la etapa k.
18. El método de acuerdo con la reivindicación 16 comprende además hacer pasar desechos desde la estructura de pozo de cosecha que tiene salidas físicas, y dos de las salidas se criban y son permeables a los desechos, pero no a los camarones, y cosechar los camarones a través de una salida de transferencia de camarones en la estructura de pozo de cosecha configurado además para hacer pasar los camarones y el agua a otro tanque de la subunidad de producción.
19. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el almacenamiento de camarones poslarva en el uno o más módulos de criadero de poslarvas comprende además almacenar camarones poslarva a una densidad de 4000-8000/m2 en tanques de agua poco profundos apilados verticalmente del módulo de criadero de poslarvas.
20. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde preparar el entorno de acuicultura para el ciclo sincrónico de producción de camarones y mantener el entorno de acuicultura en el uno o más módulos de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción comprenden además monitorear, mantener o alterar uno o más de:
un nivel de luz específico en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción;
una velocidad de circulación del agua;
un nivel de agua del tanque del módulo de criadero de poslarvas en el rango de 30-50 cm;
niveles de agua de los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción por encima de 35 cm;
una temperatura de agua en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción en el rango de 29-33 °C;
una concentración de pH en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción;
una concentración de salinidad en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción en el rango de 10-14 partes por mil;
un nivel de oxígeno disuelto en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción por encima de 4,5 mg/l;
una concentración de metabolitos de nitrógeno en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción;
ondas acústicas de superficie en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción para detectar un fenómeno físico;
un índice del total de sólidos disueltos en el módulo de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción;
un evento visual que se produce en uno o más de los módulos de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción; y
un evento visual en vivo o grabado en uno o más de los módulos de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción.
21. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde preparar el entorno de acuicultura para el ciclo sincrónico de producción de camarones y mantener el entorno de acuicultura en el uno o más módulos de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción comprenden además:
incorporar los sensores dispuestos en la primera, segunda y tercera subunidades de producción para monitorear, mantener o alterar el entorno de acuicultura para el ciclo sincrónico de producción de camarones;
programar el uno o más controladores lógicos programables para monitorear, mantener o alterar el entorno de acuicultura para el ciclo sincrónico de producción de camarones, mediante el uno o más dispositivos del equipo que comprenden:
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el nivel de luz específico comprenden diodos emisores de luz montados sobre una línea de agua del tanque de cada subunidad de producción; los componentes que monitorean, mantienen o alteran la velocidad de circulación del agua comprenden bombas y válvulas;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el nivel de agua del tanque comprenden sensores de nivel de líquido;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la temperatura del agua comprenden aire que se preacondiciona a 31 °C al hacerlo pasar por un intercambiador de calor antes de dispersarlo en el agua a través de boquillas de microdispersión;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la concentración de pH comprenden una sonda de pH;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la concentración de salinidad en el rango de 10-14 partes por mil comprenden sensores de conductividad que miden la capacidad del agua para conducir un flujo eléctrico y alertan a un usuario o hacen ajustes directamente;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el nivel de oxígeno disuelto en un rango mayor de 4,5 mg/l comprenden sensores de oxígeno disuelto polarográficos, de pulsos rápidos, galvánicos u ópticos;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran la concentración de metabolitos de nitrógeno comprenden sensores que alertan a un usuario;
un sensor de alimentación acústica que detecta la modulación de las ondas acústicas de superficie para detectar un fenómeno físico;
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el índice de sólidos disueltos totales comprenden sensores que alertan a un usuario; y
los componentes que monitorean, mantienen o alteran el evento visual en vivo o grabado que se produce en el tanque comprenden una cámara de televisión de carga acoplada.
22. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde preparar el entorno de acuicultura y mantener el entorno de acuicultura en el uno o más módulos de criadero de poslarvas y los tanques de la primera, segunda y tercera subunidades de producción comprende preacondicionar el aire comprimido a 31 °C al hacer pasar el aire comprimido a través de un intercambiador de calor y dispersar el aire comprimido calentado resultante en el agua del tanque de la subunidad.
23. El método de acuerdo con la reivindicación 16, que comprende además:
enrutar una o más líneas de agua de alta presión sobre cada tanque de subunidad de producción; conectar cada línea de agua de alta presión con una o más válvulas de actuador controlado del módulo de control por computadora; y
recolectar camarones al activar, mediante el módulo de control por computadora, la una o más válvulas de actuador desde la tapa de extremo de un tanque respectivo, que se mueve hacia la estructura de pozo de cosecha de ese tanque.
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