| Introducción
La mayoría de los desechos orgánicos
no deseados en nuestros acuarios se adhieren a la superficie
de una interfase líquido-gas. Estos materiales de "superficie
activa", incluyendo los desechos de los peces, el alimento
que no fue comido y la materia en descomposición es
a lo que atribuimos la contaminación de nuestros tanques.
Asociamos esta basura con el incremento de algas dañinas,
las explosiones de cianobacteria y en general con la mala
apariencia de nuestros tanques. Mientras agregamos nuevos
peces y/o incrementamos la cantidad de comida en nuestros
tanques deseamos poder remover todos los contaminantes generados
potencialmente. La buena noticia es que podemos reducir la
presencia de estos productos en nuestros tanques antes de
que causen problemas. Una forma de remover los desechos orgánicos
de un acuario es a través de la formación de
espuma (espumar).
Hace algunos años en la industria
de tratamiento de aguas residuales se inventó el espumador
proteínico. Se usó principalmente para reducir
la carga biológica en el agua que pasaría por
los reactores de lodos activados. Esta técnica explota
la característica de los desechos orgánicos
de adherirse a burbujas de aire. En términos sencillos,
el agua de un acuario cargada de desechos orgánicos
se pone a reaccionar con una columna de burbujas, estos desechos
orgánicos se pegan a la espuma, que después
es retirada. La espuma se produce cuando un gas pasa a través
de un líquido que contiene grandes cantidades de surfactantes
(substancias que reducen la tensión superficial).
En las siguientes secciones de este artículo
me gustaría explorar los principios básicos
de los espumadores proteínicos (también conocidos
como separadores de espuma, generadores de espuma, desnatadoras
o colectores de aire), discutir como funciona la generación
de espuma y algunos de los espumadores comúnmente disponibles.
Entonces, ¿Qué estamos tratando
de remover?
Por supuesto que el excremento de los peces.
Honestamente, las proteínas desechadas son solo una
pequeña parte de todo lo que deseamos eliminar. Según
Millero [1], la concentración de proteínas en
el agua marina (como aminoácidos) está entre
0.02 y 0.25 ppm (20 a 250 mg/l). Esto es como un 2 a 3% de
los compuestos orgánicos presentes en el agua de nuestro
tanque. Sin embargo, los datos presentados por Shimek [2]
de un estudio realizado en 23 tanques de ornato mostraron
concentraciones de proteínas de 0.00 a 0.00+, sugiriendo
que estos estaban prácticamente libres de las proteínas
que son detectables. Existen algunos otros desechos orgánicos
que son más fáciles de detectar son las aminas
primarias y secundarias, azúcares, alcoholes y los
ácidos grasos. La medición de lípidos
(grasas) estuvo en promedio entre 1.361 y 0.940 ppm con un
máximo de 3.20 y un mínimo de 0.00 en el mismo
estudio [2]. Entonces las preguntas son: ¿Qué
remueven los espumadores proteínicos? O más
importante aún ¿Por qué los llamamos
espumadores proteínicos cuando no hay proteínas
que remover?
Compuestos Orgánicos Disueltos (CODs)
Los CODs son las moléculas de desperdicio
que los espumadores están diseñados para remover;
estas son generadas como subproductos de la descomposición
de los materiales biológicos. Esta contaminación
no sólo proviene de la introducción deliberada
de alimentos en nuestro tanque sino también de la descomposición
de materia orgánica natural (bacteria, algas, etc.).
Los CODs son moléculas bipolares; estos surfactantes
son atraidos por las interfases aire/agua (ej. Las burbujas).
Una molécula bipolar contiene uno o más átomos
que tiene afinidad con el aire, y uno o más que la
tienen con el agua. Un espumador explota esta diferencia de
la siguiente forma:
"Al moverse una burbuja de aire
a través de una columna de agua con materia orgánica,
las moléculas de proteínas eléctricamente
cargadas (las cuales contienen regiones eléctricamente
polares y no polares) son atraídas a la interfase aire
/ agua de la burbuja. Las regiones polares de la molécula
(formada por átomos de nitrógeno, oxígeno,
etc.) son atraídas por la interfase aire / agua, estas
"colas" polares se separan de la burbuja hacia la
columna de agua. Las regiones no polares se pegan a la burbujade
aire porque no les "gusta" estar en contacto con
el solvente polar (Ej. agua). Si se pudiera observar la burbuja
en un acercamiento a nivel molecular parecería una
esfera difusa con "colas" de proteínas y
otras "colas" eléctricamente cargadas tratando
de separarse de ella. La región polar que rodea a la
burbuja la estabiliza de la misma forma que sucede con las
burbujas de jabón en el lavabo o en la lavadora de
platos. Por esta razón se empieza a formar espuma en
la superficie del espumador. Conforme las burbujas cargadas
de proteínas alcanzan la parte superior del espumador,
estas proteínas se acumulan y forman una espuma estable.
Las burbujas de esta espuma estable tardan mucho tiempo en
estallar, luego entonces las proteínas se acumulan
en la parte superior del espumador donde son empujadas lentamente
a través del "cuello" de éste hacia
la taza de recolección."
Esta descripción escrita por Shane Graber, se encuentra
en su totalidad aquí.
Mientras más tiempo estén
en contacto los CODs con las burbujas, una mayor cantidad
se adherirán a las burbujas para ser removidos. Mayores
tiempos de contacto permiten que las moléculas menos
adherentes sean atraídas y "pegadas" a las
burbujas. Además de los CODs otros compuestos también
pueden ser removidos, Estos pueden ser los COVs (Compuestos
orgánicos volátiles), COP (compuestos orgánicos
en partículas), alimento para peces, elementos traza,
metabolitos secundarios de los corales suaves, bacterias,
macro y micro plankton, huevos de coral y esperma y otros
compuestos similares
De acuerdo, así que ¿Cómo
fabricamos un espumador proteínico?
Consideraciones teóricas vs.
la realidad
Si construyéramos un generador de espuma de la forma
más sencilla, este parecería un tubo donde inyectamos
pequeñas burbujas en su parte central y baja. El agua
cargada de desechos se bombearía dentro de este tubo
con la intención de que los desechos se adhieran a
las burbujas. Si recuerdas lo visto en la sección de
CODs, las burbujas funcionan como un absorbente, y las moléculas
de desecho se adhieren a este y son removidas en forma de
espuma. Con esta descripción exploremos las partes
de un espumador sencillo.
Un espumador tiene al menos tres partes:
| 1. |
El cuerpo del espumador,
donde se lleva a cabo el contacto entre los CODs y el
agua. |
| 2. |
El área de separación
de espuma o tubo de elevación, donde se separa
la espuma con desechos orgánicos del agua. |
| 3. |
La taza de recolección, donde
la espuma se desborda del tubo de elevación y
es drenada (imagen abajo).
|
Organic laden foam collected= espuma cargada de desechos orgánicos
colectada,
organic laden water in = entrada de agua cargada
con desechos orgánicos,
Air bubles= burbujas de aire,
Water out= salida de agua.
Esta descripción en realidad puede tener muchas formas
y la diversidad de espumadores disponibles sugieren que esto
es cierto, la realidad es que la descripción que hice
de la forma del espumador no se parece a los que hay actualmente
disponibles, esto hace que los aficionados se confundan. Con
tantos espumadores disponibles en el mercado ¿Cuál
es el "mejor" para su tanque?. La conclusión
es; NINGUNO es el mejor. Muchos aficionados buscan el espumador
perfecto, uno que removerá todo el desperdicio orgánico
del tanque, será de tamaño compacto, barato
de operar y requerirá muy poco mantenimiento. En realidad
¿Qué espumador usar? es una adivinanza. Lo que
sabemos es que la efectividad en la remoción de desperdicios
orgánicos depende del diseño del espumador.
La confusión se suscita cuando el aficionado se enfrenta
a la publicidad de los fabricantes. Lemas como: "El
Cycloskim2000 de solo 45 cm de altura fácilmente remueve
los desechos de su tanque de 100 galones con solo 1 watt de
energía" son comunes en la publicidad de los
fabricantes, la pregunta es ¿Cómo separamos
la verdad de la publicidad? Para mí, la manera más
sencilla de decidir que espumador comprar es entendiendo algunos
principios teóricos del espumado y luego aplicarlos
en la práctica. En el capítulo 9 del libro Ingeniería
de Sistemas Acuáticos: Dispositivos y Cómo funcionan,
P.R.Escobal 2000 [3], Escobal presenta algunos principios
teóricos que pueden "redondear" la eficiencia
del espumador. Estos se presentan originalmente en forma de
tabla #1.
| Segunda
Ley: |
La taza de bombardeo (número
de veces que una burbuja de aire limpia topa con una gota
de agua) depende de la duración del intercambio
con el agua del tanque y del diámetro del espumador. |
| Tercera
Ley: |
Longitudes o alturas mayores
sólo aumentan el tiempo absoluto de contacto pero
no afectan la taza de bombardeo. |
| Quinta
Ley: |
El flujo de aire que entra
al espumador deberá producir una explosión
ascendente de burbujas con mínima turbulencia y
es teóricamente determinado en función de:
el diámetro del espumador, su longitud, la taza
de bombardeo y el tiempo absoluto de contacto. |
| Sexta Ley:
|
El valor de la taza de
bombardeo dentro del espumador, su longitud, diámetro
y flujo de aire deberán ser los correctos para
tener una operación óptima. |
Tabla #1
Simplificar y resumir estas "leyes del espumado"
nos permite enfocar nuestro esfuerzo para tener un espumado
óptimo (Tabla 2). Esta es una lista de principios donde
hay cuatro parámetros que deberán ser considerados.
|
Consideraciones
para el diseño del espumador
|
•
|
El flujo de agua
a través del espumador |
|
•
|
La altura del espumador |
|
•
|
La cantidad de aire
bombeada dentro de la cámara de reacción
del espumador |
|
•
|
El diámetro
del espumador |
|
Tabla #2
| 1) |
Para un espumado óptimo
el flujo de agua a través del espumador deberá
ser lo suficientemente lento para permitir la interacción
entre las burbujas de aire y los desechos orgánicos.
El mejor diseño para lograr esto es en espumadores
donde el flujo de agua es contrario al flujo de las burbujas.
Estos son llamados espumadores de contra-corriente. Sin
embargo, el termino lento es relativo. |
| 2) |
Construir la cámara
de reacción del espumador tan larga como sea posible
para maximizar el tiempo en que están en contacto
el agua con el aire dentro del espumador. Bombear tanto
aire en la cámara de reacción como sea posible.
La clave para la inyección del aire depende de
dos cosas: a) mantener las burbujas lo más pequeñas
posibles, b) reducir la turbulencia potencial de las burbujas
dentro de la cámara de reacción. |
| 3) |
El diámetro
del espumador deberá incrementarse en proporción
a la cantidad de agua que se espumará. A mayor
cantidad de agua para espumar, mayor el diámetro
del espumador. |
Recuerda que estos son principios teóricos
y algunas veces las teorías son sólo eso, teorías.
La realidad puede ser diferente. Un ejemplo, asumamos que
quieres construir el mejor espumador para un tanque de arrecife
de 100 galones. Utilizando las leyes del espumado que mencionamos,
el espumador deberá ser de entre 5 y 6 pies de alto,
con una cámara de reacción de 8 pulgadas de
diámetro y con un flujo de agua de 2 veces el tamaño
del tanque al día, debería tener una espuma
muy densa formada por burbujas de 0.2 a 0.5 mm, inyectadas
en el modo contra-corriente. Entonces aunque este parecer
ser el mejor espumador, en mi opinión es impráctico
para muchos aficionados. Aquí es donde podemos hacer
a un lado la teoría tal como está escrita y
tomar algunos ejemplos del mundo real.
¿Se puede logra un buen espumado
utilizando espumadores pequeños y delgados o espumadores
con altos flujos de agua?, Si. ¿Serán tan eficientes
como el espumador teórico descrito arriba?, Tal vez
no, pero si será suficiente para los requerimientos
de la mayoría de los aficionados. Los fabricantes de
espumadores usan largas cámaras de reacción
y aunque no cumplen a carta cabal las "leyes del espumado"
sus espumadores son eficientes. Para eliminar la necesidad
de largas cámaras de reacción los fabricantes
han encontrado soluciones ingeniosas para aumentar el tiempo
de reacción: el uso de un flujo de triple pasada y
tubos de inyección de aire invertidos de igual longitud
que la cámara de reacción equivale a duplicar
o triplicar la longitud de la cámara de reacción.
Los patrones del remolino de agua también incrementan
los tiempos de reacción. Para maximizar la densidad
de burbujas los fabricantes han incorporado en sus diseños
cabezas de inyección de aire en forma de spray, válvulas
venturi y otras cabezas generadoras de espuma (como la válvula
Beckett).La introducción de cabezas generadoras de
espuma elimina la necesidad de piedras aereadoras y bombas
de aire, muchas de estas cabezas producen una cantidad de
aire mucho mayor que cualquier combinación de piedra
/ bomba.
Cita: "Si
lees a Escobal, descubrirás que el tiempo de permanencia,
el diámetro y el volumen de aire influyen en la operación
del espumador. Nada en este libro explica como funciona el
Hot-1, pero a los usuarios les gusta." CWA46,
Nashville, TN.
Examinemos unos cuantos de los espumadores
disponibles en el mercado y como son optimizados para espumar
eficientemente.
 Espumadores
de contra-corriente (CC) por aire
Los espumadores por aire son los primeros que se diseñaron
para los acuarios caseros y afortunadamente son de los más
eficientes. Pero también son los que requieren mantenimiento
constante y pueden ser costosos. Estos espumadores usan aereadores
de madera y una poderosa bomba de aire para producir sus burbujas.
Tienen un excelente volumen y consistencia de espuma cuando
operan con aereadores nuevos (no tapados). Según Theil
[4], la altura mínima recomendada para un espumador
CC por aire es 28" y debe tener de 2 a 3 piedras aereadoras
por cada 4" de ancho. De esta forma un espumador de 6"
de diámetro deberá tener entre 4 y 6 piedras.
Dependiendo de la carga orgánica del tanque los aereadores
deberán ser remplazados cada uno o dos meses y hay
que revisar constantemente el diafragma de la bomba y reemplazarlo
cuando se debilite. El razonamiento de Theil para la altura
de un espumador CC se basa en que el agua y las burbujas deben
interactuar durante un periodo de tiempo y distancia determinados
y los espumadores de menos de 45 cm no cumplen con esta característica.
Los veteranos del hobby consideran que este tipo de espumador
produce la espuma con más consistencia y calidad. Este
tipo de espumador cumple cabalmente con nuestras "leyes
del espumado" y cuando se ajusta adecuadamente parece
ser el que da los mejores resultados. Este modelo es muy socorrido
por los "hágalo usted mismo" por ser fácil
de construir y requerir de pocas habilidades de construcción.
Espumador Venturi
Los espumadores venturi utilizan un inyector venturi para
crear las burbujas de aire. Estos espumadores tienden a ser
mas cortos que los tipo CC y requieren una poderosa bomba
para alimentar al inyector venturi. Para obtener una explicación
de cómo funciona el inyector Venturi ver el recuadro
en este artículo [5]. Una de las razones por las que
comúnmente se utilizan los espumadores venturi en los
acuarios caseros es por que los inyectores venturi producen
grandes cantidades de burbujas. Uno de los inyectores venturi
más comunes es el inyector Mazzei® (imagen
a la derecha). Cuando se unen a una bomba de alto rendimiento,
estos inyectores producen grandes cantidades de finas burbujas.
La calidad de la burbuja tiende a ser muy buena, y la mezcla
aereada se inyecta en la cámara de reacción
con un patrón espiral para maximizar el tiempo de contacto.
Un Inyector Mazzei® de una pulgada puede generar 240 pies
cúbicos por hora de aire. El Lifereef
VS2 es
un ejemplo de los espumadores que utilizan este inyector.
Otro tipo de espumador venturi es el de cabeza Beckett. La
Cabeza generadora de espuma Beckett esta diseñada para
incrementar la cantidad de aire que se mezcla con el agua.
Los espumadores que utilizan esta cabeza normalmente la tienen
colocada por encima del nivel de agua y la distancia extra
que se genera con esto incrementa el tiempo de reacción.
Adicionalmente los fabricantes han empezado a inyectar el
agua aereada en forma tangencial a patrones de movimiento
espirales lo que también incrementa el tiempo de contacto.
Lo más obvio cuando se utiliza una cabeza Beckett es
la densidad y consistencia de la espuma; excede a cualquier
otra estrategia actual de aereación. El espumador Precision
Marine BulletXL es un ejemplo de los que utilizan esta tecnología
(imagen a la Izquierda).
Espumadores Downdraft™
(bajada a presión) 
El espumador downdraft™ se diseña de manera diferente
al resto de los espumadores; utiliza una corriente de agua
que es rociada a alta velocidad en una columna que contiene
bio-bolas. El material de esta columna rompe el flujo y forma
burbujas. Después que las burbujas pasan a través
de la "columna de bio-bolas" entran a una cámara
colectora donde son desviadas hacia arriba, hacia el cuello
y el colector de espuma del espumador.
En este tipo de espumador la longitud de la trayectoria del
agua a través de la columna de bio-bolas, la cámara
colectora y el cuello del espumador incrementa de forma efectiva
el tiempo de reacción. Adicionalmente la ruptura de
la corriente de agua resulta en una gran cantidad de burbujas
y espuma. Estos espumadores requieren bombas muy poderosas
para funcionar correctamente y tienden a ser de gran tamaño.
Un espumador que utiliza este diseño es el ETSS®
Gemini 800.
Espumadores de propela de aspiración
(Pulverización de aire) 
Este estilo de espumador ofrece una variación única
de un sistema barato de aereación. Esencialmente, si
dirigimos aire a la cámara de la propela de una cabeza
de poder o bomba pequeña se crean burbujas. La propela
típica (fig. #7b), La propela especializada de agujas
(fig. #7c) y la rueda de agujas (fig. #7d) toman estas burbujas
y las rompen en tamaños muy pequeños como las
que se encuentran en los espumadores de piedra aereadora.
Estas unidades son únicas por que tienen un flujo de
agua muy lento y son baratas de operar por que utilizan bombas
muy pequeñas. Una preocupación que empieza a
surgir con estos espumadores es la durabilidad de estas propelas
especializadas. Como estas propelas de agujas colocan la carga
en la parte exterior de la rueda (y no al centro donde esta
el eje), tienen índices de falla mayores que las propelas
normales. Dos espumadores que utilizan propelas especiales
de agujas son el Turboflotor 1000 y el Euro-Reef.
Un espumador que utiliza una propela normal con la función
de pulverización es el Klaes de origen Alemán.
Su descripción se encuentra aquí.
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(Figura #7b)
Propela regular
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(Figura #7c)
Rueda de agujas especializada
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(Figura #7d)
Rueda de picos
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Resumen de los espumadores más comunes:
Espumadores de contra-corriente (CC)
por aire: low water flow, good foam production (with new
air stones), good bubble size, maximum contact times (with
taller units), frequent maintenance and requires frequent
water height adjustments (called tuning).
Venturi: buen flujo de agua, buena producción
de espuma, requiere una bomba potente, la válvula venturi
tiende a taparse (Lifereef tiene una válvula venturi
con auto-limpieza).
Espumador de cabeza Beckett: Gran flujo de agua, máxima
producción de espuma, tiempo de contacto moderado (se
puede incrementar con patrones de espiral), requiere bombas
muy potentes, la cabeza Beckett requiere ser limpiada.
Downdraft™: buen flujo de agua,
excelente producción de burbujas, excelente tiempo
de contacto. Tienden a ser altos y estorbosos (El ETSS 1000
es más alto que 1.5 m), requiere bombas potentes para
producir las burbujas.
Espumadores de aspiración: Bajo a moderado flujo
de agua, buena producción de espuma, buen tamaño
de burbuja, excelente tiempo de contacto, requiere propela
especializada o rueda de agujas, La rueda de agujas ha demostrado
ser su punto débil.
Algunas palabras sobre el mantenimiento de espumadores: para
asegurar un desnatado máximo, hay que limpiarlos periódicamente.
Vaciar con frecuencia la copa de recolección y limpiar
la materia orgánica alojada en el cuerpo y cuello del
espumador. Este lodo orgánico es lo que el espumador
remueve del agua y por ningún motivo debe permitirse
que caiga de nuevo al tanque.  Limpia
las válvulas de aire con frecuencia y remueve las incrustaciones
de sal o partículas que obstruyan las entradas de aire,
también debes estar pendiente de pequeñas conchas
y fragmentos de roca que pueden ser atrapados en la válvula
venturi y en las entradas de la cabeza de poder o bomba, estos
deben ser removidos para que el espumador trabaje con eficiencia.
Si se usan aereadores y bombas de aire, reemplaza los aereadores
cada uno o dos meses y revisa el diafragma de la bomba para
asegurarte que se está produciendo la cantidad de aire
máxima posible. Los espumadores requieren una presión
grande y constante por parte del diafragma de la bomba de
aire para funcionar correctamente. Si el espumador requiere
una bomba de agua para generar burbujas, asegúrate
que la bomba que activa el venturi o cualquier otro dispositivo
de inyección de aire trabaja eficientemente, bombas
débiles causan que los espumadores trabajen pobremente.
En resumen
Los espumadores proteínicos pueden
ser una efectiva forma de reducir los problemas relacionados
con la acumulación de desechos en nuestros tanques.
La aplicación de los espumadores ha sido asociada con
la reducción de los desechos (reducción de CODs),
la reducción del crecimiento de alga e incremento en
la calidad del agua.
Muchos de los espumadores disponibles en el mercado son demasiado
pequeños (en diámetro y altura) y/o con poco
poder para remover efectivamente suficientes desechos orgánicos.
Como regla general los espumadores altos funcionan mejor que
los pequeños. El aficionado necesita asegurar que la
producción de burbujas sea maximizada (burbujas pequeñas
trabajan mejor que grandes), y como consecuencia el agua en
la cámara de reacción deberá parecer
blanca y lechosa. La espuma producida en el espumador debe
moverse continuamente hacia arriba para que pueda ser colectada
y removida del sistema. Un comentario final sobre la consistencia
del producto obtenido en el espumador: este tema es siempre
sujeto de debate (Ej. espeso, color de lodo y seco contra
húmedo con color de té helado (imagen arriba
izquierda)) ya hablare sobre esto en un próximo artículo.
Pero dejo ahora este tema diciendo: tu quieres colectar producto
de desecho (cualquiera), y cualquiera es mejor que ninguno.
Para información adicional visita:
www.proteinskimmers.com
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