El espumador de proteínas
Una cuestión de burbujas
Actualmente ya no planificamos un acuario marino, pero particularmente uno de arrecife sin contar con un espumador de proteínas en su equipamiento. Tanto es así, que elegir el modelo adecuado a menudo marca la diferencia entre el éxito y el fracaso.
El espumador de proteínas aporta una gran calidad de agua mediante la eliminación continua de los desechos orgánicos entre otras propiedades como la oxigenación, un balance óptimo y natural en los gases disueltos, así como un pH correcto y estable. En este artículo vamos a profundizar un poco sobre estos aparatos y su funcionamiento para ayudarnos a seleccionar el mejor modelo para nuestro acuario.
Un poco de historia.
Aunque la afición a los acuarios marinos ya supera los 60 años, no fue hasta finales de los años 80’s cuando los nuevos aficionados a los acuarios de arrecife experimentaron un gran salto cualitativo en las tasas de supervivencia, desarrollo y variedad de invertebrados que se pudieron mantener. El motivo de ello fue la introducción al mercado de los primeros espumadores de alto rendimiento. Biólogos alemanes e ingenieros israelitas aunaron sus esfuerzos y medios para desarrollar una patente llamada “Aquaflotor” rescatada de un proyecto de bio-tecnología creado originalmente para la NASA.
El prototipo original conducía una mezcla de burbujas y agua a través de tres vasos concéntricos inyectada por una potente bomba y un sencillo sistema Venturi. Aunque El espumador de proteínas ya se usaba para aplicaciones industriales varios años atrás, estos ingenieros lograron adaptar y miniaturizar dicha tecnología para hacerla viable en nuestros acuarios. Este hecho marcó un importante hito en nuestra afición, ya que permitió que el método Berlín desarrollado originalmente por el Dr. Peter Wilkens en los años setenta, por fin encontrara el componente faltante para hacer de este método el más efectivo hasta hoy en día.
Estos nuevos dispositivos ofrecían dos ventajas: la primera fue que, al ser accionados mediante una bomba de agua, los caudales y la presión dejaron de ser un factor limitante para producir y conducir las burbujas de aire, y la segunda y más difícil, un sistema hidráulico eficiente capaz de retener las burbujas el máximo tiempo posible en contacto con el agua dentro de sus cámaras de reacción.
Evolución de el espumador de proteínas.
No tardaron en darse cuenta tanto fabricantes como aficionados de las grandes ventajas que aportaban estos nuevos dispositivos. El aumento en las posibilidades de supervivencia de organismos marinos hasta entonces impensables en un acuario, animó a un mercado floreciente de exportación de nuevas especies, generando una gran demanda de equipamiento en occidente.
Esta revolución propició una evolución en la técnica del espumador de proteínas entonces, aún lejos de los rendimientos y eficiencia actuales. Los espumadores accionados por difusor de madera con sus 75 l/h de caudal quedaron relegados a los acuarios más pequeños hasta hoy en día, mientras que los espumadores “Tipo Venturi” marcaron la segunda generación popularizándose y evolucionando año tras año.
La siguiente mejora que experimentaron los espumadores llegó sobre el año 2005, siendo tan notable que marcó su tercera generación. Un Venturi es una sencilla pieza sin partes móviles que aprovecha la presión negativa del flujo de agua en un ducto al reducir su diámetro. Esto permite inyectar aire y formar gran cantidad de pequeñas burbujas. Hasta entonces, esta pieza se colocaba a continuación de la salida de la bomba de agua con buenos resultados, pero a los ingenieros se les ocurrió ubicar el Venturi en el paso de la aspiración.
La primera ventaja de esta genial idea fue el aumento de rendimiento, ya que la pérdida de presión de la bomba era mucho menor. La segunda y más importante, es que las burbujas se ven “centrifugadas” violentamente por el rotor, fraccionándose a diámetros muy pequeños (hasta 0.1 mm) y cargándose aún más de energía electrostática. Esta energía es un factor clave en la capacidad de absorción de sustancias orgánicas de cada burbuja en rl espumador de proteínas.
El siguiente paso en la evolución de los espumadores fue el diseño de las palas de su rotor, ya que las bombas tradicionales no estaban diseñadas para atomizar burbujas. En la cuarta generación de espumadores aparecieron diseños con más palas, ruedas de agujas, ruedas de pines, pines con púas, mallas de plástico y discos con palas interiores con el objeto de batir las burbujas más eficientemente.
El vaso recolector ha sufrido pocos cambios en el espumador de proteínas en su diseño con los años, mientras que los sistemas Venturi y sobre todo las cámaras de reacción han visto decenas de sorprendentes versiones y sistemas diferentes, siempre con el objetivo de retener las burbujas el máximo tiempo posible en contacto con el agua. Para ello se impone un nuevo sistema de bandeja difusora perforada junto a un diseño más ancho y corto en los modelos premium. Estos nuevos espumadores marcaron en 2010 la quinta generación con la implantación en el mercado mundial de los eficientes fabricantes asiáticos, siendo aquellos modelos muy similares a los que ofrece el mercado actual.
Funcionamiento.
El espumador de proteínas basa todo su poder en la acción de las burbujas que producen y cómo logran que estas reaccionen con el agua salada. Las burbujas se producen cuando inyectamos aire en el agua, mientras que su forma esférica se debe a la acción homogénea de la presión sobre su masa de aire, siendo su tamaño inversamente proporcional a la presión osmótica del agua. De modo que cuanto mayor es la salinidad del agua y a mayor profundidad se encuentren, más pequeñas son y menor flotabilidad tienen.
La superficie esférica de las burbujas posee las mismas propiedades de tensión superficial que la superficie del agua, otorgando a la burbuja una carga electrostática positiva. Luego tenemos las macromoléculas de origen orgánico, que poseen una carga eléctrica positiva en un extremo y una carga negativa en otro. Por último nos encontramos con las partículas coloidales, que en su mayoría poseen una carga negativa.
El proceso de el espumador de proteínas se divide en tres fases: atracción de proteínas, atracción de coloides y espumación.
Primera fase: debido a la carga electrostática positiva de las burbujas, cualquier partícula en suspensión se verá atraída por su polo negativo. Estas partículas suelen ser macro moléculas como proteínas, aminoácidos y sustancias orgánicas de origen graso. Muchas de
ellas son restos de alimentos, secreciones de los organismos, deposiciones, urea y pequeños trozos de tejido. Estas sustancias son los nutrientes de bacterias y algas, las cuales son el origen de la formación de amoniaco, los nitritos, los nitratos, fosfatos, sulfatos; así como el alimento de las algas, cianobacterias y varios organismos que pueden propagarse descontroladamente en nuestro acuario.
Segunda fase: Ahora la burbuja se ve rodeada de sustancias que ofrecen su polaridad positiva para ejercer atracción sobre diminutas partículas más pesadas con carga negativa, que al quedar atrapadas alterarán la flotabilidad y el comportamiento de cada burbuja. Cabe señalar que estas partículas son tanto de origen orgánico como inorgánico y afectan notablemente a la transparencia y calidad del agua. Además, son demasiado pequeñas para ser atrapadas por un filtro mecánico común y solo podemos “atraparlas” mediante un espumador de proteínas
Tercera fase: Estas burbujas cargadas de deshechos son “empujadas” a un ducto estrecho debido a la flotabilidad de las burbujas inferiores que poseen mayor flotabilidad. El agua que las rodea desciende, mientras que su naturaleza tenso-activa les hace producir espuma mediante un fenómeno físico llamado “coronación”. Finalmente desbordan de dicho tubo para acumularse dentro del vaso recolector en formando un líquido viscoso y oscuro.
El espumador de proteínas: una cuestión de burbujas.
Como podrás intuir, diseñar un espumador de proteínas que ofrezca un alto desempeño y que además sea energéticamente eficiente es todo un reto de física e ingeniería. De hecho, los modelos más exitosos suelen ser el resultado de fuertes inversiones tras varios años de investigación y desarrollo, por lo tanto, aunque existen muchos fabricantes, sólo unas pocas marcas logran producir los espumadores de alto rendimiento que demanda el mercado actual.
Entonces, ¿Cómo podríamos calificar si nuestro espumador presenta un alto desempeño? Podemos averiguarlo de una forma relativamente fácil basándonos en tres factores: número de burbujas, tamaño de las burbujas y tiempo de contacto de estas con el agua. Debido a que las burbujas atraen electrostáticamente a las proteínas, macro moléculas y a los coloides, es obvio que estas deberán estar más cargadas para obtener un mayor rendimiento.
- El primer factor: cuantas más mejor. Está claro, cuanto mayor es el número de burbujas en una cámara de reacción, mayor es la superficie de atracción y más capacidad de extracción posee un espumador.
- El segundo factor: define que cuanto más pequeñas son estas, mayor carga electrostática poseen debido a que absorben más energía para ser producidas. Además, una burbuja pequeña tiene flotabilidad menor, por lo tanto tardará más tiempo en ascender a la superficie.
- El tercer factor: el tiempo de contacto burbuja/aire. Cuanto mayor es este, mayor será la probabilidad de una burbuja para cargarse de sus “presas” el polvo, las proteínas, macro moléculas y los coloides. Este factor dependerá en gran medida de lo pequeñas que sean estas burbujas, pero también de un concienzudo diseño en sus ductos y cámaras de reacción. El objeto es “entretener” a las burbujas aplicando diversas técnicas de flujo a contra corriente, que tratan de ascender a través de un flujo de agua descendente. Al tiempo, otros aspectos de su diseño combinan la presión obtenida, la longitud y diámetro de sus cámaras antes de alcanzar el vaso recolector.
Aunque los fabricantes poseen métodos ópticos, sensores y otras técnicas de precisión para calcular estos factores, un aficionado puede comparar el tamaño y número de burbujas de su espumador observando su cámara de reacción. Cuanto más “blanca” veamos esta cámara, mayor cantidad de diminutas burbujas habrá en su interior. Ver áreas transparentes es un síntoma de una mala regulación, fallo o quizás un diseño poco acertado. Sin embargo, el factor más notable y fácil de medir es el tiempo de contacto con la ayuda de un cronómetro.
Este sencillo método consiste en medir el tiempo que transcurre desde que cortamos repentinamente el suministro de aire, hasta que registramos la última burbuja saliendo de la cámara de reacción del espumador. Al detener nuestro cronómetro obtendremos el tiempo de reacción del espumador que estamos analizando. Los espumadores que alcanzan un minuto de tiempo de contacto en adelante ofrecen las tasas de rendimiento más altas. Comparando tamaños similares, los espumadores que producen los mayores caudales de aire y agua no siempre son los que rinden más, sino los que obtienen mayores tiempos de contacto.
La comprensión de este comportamiento y su posterior implementación, cambió para siempre la ingeniería y el diseño de los espumadores de alto rendimiento, dando como resultado un gran avance en materia de rendimiento y eficiencia energética en los espumadores.
Ventajas.
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Espumador de proteínas BOYU accionado por bomba venturi con flujo a contracorriente y rotor de agujas. Filtro mecánico: debido a su excelente capacidad para atrapar millones de partículas coloidales y macro moléculas al poco tiempo de formarse, podemos afirmar que un espumador es un filtro mecánico muy selectivo y eficiente; de hecho, ningún otro filtro mecánico convencional podría hacer este trabajo como un espumador.
- Control de sustancias nitrogenadas: la gran mayoría de fluidos tenso activos, partículas y macromoléculas que se ven evacuadas del sistema por el espumador de proteínas son la materia prima de las bacterias para su metabolismo, siendo estos deshechos bastante familiares: amoníaco, nitritos, nitratos, sulfatos y colorantes amarillentos. Las macroalgas y ciertos invertebrados metabolizan una pequeña parte de varios de estos nutrientes, pero un acuario es un sistema cerrado y altamente denso en biomasa, de modo que la mayoría de estos deshechos se acumulan sin remedio y acaban siendo nutrientes de futuras plagas de algas, cianobacterias, planarias y dinoflagelados. El espumador de proteínas acaba de raíz con este problema antes de que ocurra, ya que extrae del sistema las macro moléculas antes de que terminen descompuestas en estas sustancias nitrogenadas.
- Oxígeno: Este gas rara vez supera una concentración de 6.8 ppm en agua de mar cuando alcanza el 100% de saturación, por lo que siempre es bienvenido en nuestro acuario. Por otro lado, una bacteria nitrificante necesita 12 moléculas de oxígeno para metabolizar una sola molécula de nitrato (NO3). Los espumadores acuden nuevamente al rescate, extrayendo continuamente los restos orgánicos y evitando una gran demanda en el consumo de oxígeno proveniente de este proceso bacteriano. Es por ello que el espumador de proteínas es conocido por aumentar y estabilizar el oxígeno disuelto a niveles de saturación y elevando el valor del potencial REDOX (ORP), que es la relación entre las reacciones reductivas y las oxidativas.
- CO2: También aportamos con el aire un poco de CO2 (0.035 %), que se absorberá en forma de ácido carbónico gracias a su alta solubilidad y al valor del pH alcalino del agua de mar. Al mismo tiempo, en caso de existir un eventual exceso de CO2 el espumador ayudará a su evacuación inmediata. Este balance natural del dióxido de carbono disuelto ayuda a evitar la precipitación de los carbonatos del agua y, por consiguiente, una estabilización óptima del valor del pH; condición muy apreciada por todos los organismos que pueblan nuestro acuario.
- Ozono. Dedicamos un apartado especial al gas ozono. Este gas se produce cuando aplicamos un arco voltaico (un pequeño rayo eléctrico) a tres moléculas de oxígeno (3O2) este proceso altera a las moléculas formando un nuevo, inestable y oxidante gas llamado ozono (O3). Debido a su naturaleza inestable, este gas reaccionará rápidamente, separándose en una molécula de O2 y un inestable átomo de oxígeno (O) que tendrá un fuerte efecto oxidante.
Si inyectamos este gas en el agua de forma controlada en el espumador de proteínas obtendremos múltiples beneficios sobre la calidad del agua y la estabilización del valor del potencial REDOX. Pero eso no es todo; si usamos el espumador de proteínas para disolver ozono en su cámara de reacción, obtendremos un efecto sinérgico muy potente, ya que el ozono obviamente es mucho más rico en O2 que el aire y aporta muchísima más energía electrostática a las burbujas.
Por consiguiente, el espumador de proteínas gana en eficiencia y aporta los beneficios del ozono al sistema de la mejor manera posible. Solo cabe advertir que debemos controlar la dosificación de este gas con un aparato electrónico controlador del valor REDOX, ya que es posible sobre dosificar este gas con efectos negativos en el acuario.
Desventajas.
Seguramente habrás oído hablar sobre la eliminación de los elementos traza y las vitaminas por parte de el espumador de proteínas, especialmente en los más potentes. Análisis realizados sobre los fluidos acumulados en los vasos recolectores lo confirman.
Ciertamente, esto podría representar una pequeña desventaja en comparación a la larga lista de efectos beneficiosos para el acuario. Sin embargo, esto no debe preocuparnos, ya que normalmente añadimos de forma periódica elementos traza y vitaminas al acuario para evitar que sean carenciales; esta práctica es muy común ya que estos nutrientes son consumidos, precipitados y oxidados de forma constante en un acuario.
Ajustar correctamente un espumador.
Para ajustar correctamente un espumador debemos tener en cuenta tres factores: caudal de agua, caudal de aire y el nivel del agua.
- Caudal de aire: Como habrás podido observar, el poder de un espumador radica en sus burbujas. Es por ello que siempre se recomienda aumentar el caudal del aire al máximo posible para obtener su máximo rendimiento. Una bomba bien ajustada en un espumador eficiente impulsa aproximadamente un 50% de agua y 50% de aire, mientras que su caudal y presión están limitados por su potencia.
- Caudal de agua: Especialmente cuando el Venturi es instalado antes de la bomba, la cantidad de aire inyectado siempre disminuye el caudal de agua de forma proporcional; pero esto no debe preocuparnos, ya que nuestro objetivo no es un alto paso de agua, sino de aire. Existen modelos de alta gama equipados con potenciómetros digitales que permiten gestionar las revoluciones del motor. Estos espumadores permiten un control casi absoluto en el balance de caudal aire/agua.
- Nivel de agua: Los espumadores tienen un nivel crítico en su cámara de reacción principal llamado “nivel de ruptura” Este punto es el lugar donde las burbujas llegan a la superficie del agua y comienzan a formar espuma, empujadas por la flotabilidad de las que se encuentran por debajo. La abundancia de la espuma y su comportamiento dependen de la tensoactividad del agua, causada en su mayoría por la cantidad de macromoléculas en suspensión y otros agentes.
Este tercer ajuste de el espumador de proteínas es el más comprometido, ya que un nivel de ruptura excesivamente alto producirá un exceso de espuma, que atrapará pocas macromoléculas y llenará el vaso recolector rápidamente de un líquido casi transparente. Por otro lado, un nivel de ruptura demasiado bajo no provocará desbordamiento, y por lo tanto no cumplirá su objetivo. En el mejor de los casos produce una cantidad muy escasa de una pasta oscura y densa. El objetivo que buscamos es un compromiso entre ambos escenarios.
Cabe destacar que los espumadores que montan su bomba después del Venturi ven afectada su relación de caudal aire/agua según a la profundidad que se sumerja su bomba. De este modo, cuanto más sumergido esté nuestro espumador, más caudal de agua y menor caudal de aire y viceversa.
Entonces, ¿Dónde está el nivel de ajuste correcto?
El rendimiento de el espumador de proteínas depende de muchos factores: el nivel de deshechos orgánicos y coloides en suspensión, la tensoactividad del agua, el tipo de espumador o lo sumergida que estén la bomba y la cámara de reacción, aunque también intervienen otros factores a los que solemos prestar menos atención, como la salinidad, la temperatura o el pH. Visto así, parece complicado gestionar un espumador, pero afortunadamente tenemos un punto de referencia para poder ajustarlo sin demasiados problemas.
Nos fijaremos en el vaso recolector y en su ducto interior de desbordamiento. Hay un punto donde las burbujas acumuladas en el espumador de proteínas se agrupan en círculos para formar la espuma. A este fenómeno lo llamamos “coronación”, y el punto donde se produce este fenómeno lo llamamos “nivel de espumación”. Como referencia, debemos ajustar este nivel de el espumador de proteínas donde termina la cámara de reacción para conectarse con el vaso recolector. Un procedimiento habitual es abrir el caudal de aire al máximo antes de ajustar el nivel de espumación en el espumador de proteínas
Ajustes posteriores del espumador de proteínas:
Durante las primeras horas es normal que el espumador de proteínas no pueda ajustarse de forma correcta. Esto es debido a que no se ha producido todavía un equilibrio electrostático entre las burbujas y la superficie interior del vaso colector. Esto también puede ocurrir tras una limpieza del vaso. De modo que hay que tener un poco de paciencia. Es normal que el vaso recolector de un espumador bien ajustado se llene cada 2 ó 3 días de un líquido oscuro y espeso.
De todas formas, hay que tener en cuenta que cada espumador se comporta de forma distinta, en función al acuario donde se instala. Además, debido a la gran cantidad de variables que afectan al rendimiento de un espumador, las emisiones que se desbordan en su vaso pueden variar en cantidad, frecuencia, color y viscosidad.
La primera vez que instalamos el espumador de proteínas es normal que nos tome varios días ajustarlo correctamente a las condiciones particulares de nuestro acuario. Por otro lado, los ajustes de altura del espumador o del caudal de aire tardan varios minutos en hacer su efecto sobre el nivel de espumación, así que hay que ser pacientes y actuar con perseverancia.
Existen ciertos eventos que pueden alterar la cantidad de tensoactivos y compuestos orgánicos, como un cambio de agua, un aditivo inapropiado, la muerte de un organismo, el sifoneo del fondo o por la emisión de fluidos de ciertos invertebrados; un espumador se puede desajustar temporalmente emitiendo un exceso de líquido transparente.
En estos casos, lo recomendable es no reajustar el espumador de proteínas y retirar todo el líquido que se desborde en el vaso recolector por transparente y frecuente que sea. Este líquido contiene con seguridad esas sustancias tensoactivas que desajustan nuestro espumador. Al terminar de expulsarlas, todo volverá a la normalidad gracias a la “magia” de nuestro espumador.
La línea de espumadores BOYU.
El espumador de proteínas BOYU es el resultado de varios años de investigación y desarrollo. Estos dispositivos logran un alto desempeño con bajo consumo eléctrico junto a un diseño compacto y de fácil mantenimiento e instalación. La calidad de agua que obtenemos con estos espumadores mejora notablemente y su vida útil es muy amplia gracias a la alta calidad en sus componentes y los estrictos controles de calidad con los que son fabricados.
El espumador de proteínas BOYU posee una tecnología única que combina un flujo a contracorriente, una bomba situada en la base del reactor y una configuración del Venturi anterior al rotor atomizador. La ubicación de la bomba favorece un diseño ultra compacto y desmontable que permite ubicar el espumador casi en cualquier lugar, mientras que el diseño de tubos concéntricos de sus reactores genera un óptimo balance entre caudal y presión del fluido, al tiempo que maximiza el contacto de las micro burbujas con el agua.
Un eficiente Venturi ubicado antes de la bomba permite que su rotor especial equipado con palas específicas pueda fraccionar las burbujas en el espumador de proteínas hasta diámetros muy pequeños, produciendo una alta densidad de ellas. Este diseño genera un efecto sinérgico de tiempo de contacto burbuja-aire, un mínimo diámetro y una alta densidad en las burbujas, produciendo un gran rendimiento en la separación de las proteínas en su vaso colector.
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Rodolfo
Espumador
Ricardo Benítez Flores
Exelente información y con muy buenos antecedentes, lastima que habiendo información la gente cuanfo monta su acuario nunca lee o investiga para que puedan tener un acuario sin problemas, sigan con este tipo de aportaciones al hobby.
Ideas Marinas
Hola Ricardo, muchas gracias por tu comentario.