Las aleaciones de cobre son materiales de red importantes en la acuicultura (el cultivo de organismos acuáticos, incluida la piscicultura ). Varios otros materiales, incluidos nailon , poliéster , polipropileno , polietileno , alambre soldado recubierto de plástico , caucho , productos de hilo patentados (Spectra, Dyneema) y acero galvanizado , también se utilizan para redes en recintos de peces de acuicultura en todo el mundo. [1] [2] [3] [4] [5] Todos estos materiales se seleccionan por una variedad de razones, incluida la viabilidad del diseño, la resistencia del material , el costo y la resistencia a la corrosión .
Lo que diferencia a las aleaciones de cobre de los demás materiales utilizados en la piscicultura es que las aleaciones de cobre son antimicrobianas , es decir, destruyen bacterias , virus , hongos , algas y otros microbios . (Para obtener información sobre las propiedades antimicrobianas del cobre y sus aleaciones, consulte Propiedades antimicrobianas del cobre y Superficies de contacto de aleación de cobre antimicrobianas ).
En el ambiente marino , las propiedades antimicrobianas/alguicidas de las aleaciones de cobre previenen la bioincrustación , que puede describirse brevemente como la acumulación, adhesión y crecimiento indeseables de microorganismos , plantas , algas , gusanos tubícolas , percebes , moluscos y otros organismos en estructuras marinas artificiales. [6] Al inhibir el crecimiento microbiano, las jaulas de acuicultura de aleación de cobre evitan la necesidad de costosos cambios de red que son necesarios con otros materiales. La resistencia del crecimiento de organismos en las redes de aleación de cobre también proporciona un entorno más limpio y saludable para que los peces de cultivo crezcan y prosperen.
Además de sus beneficios antiincrustantes, las aleaciones de cobre tienen fuertes propiedades estructurales y resistentes a la corrosión en ambientes marinos.
La combinación de todas estas propiedades (antiincrustantes, alta resistencia y resistencia a la corrosión) ha hecho que las aleaciones de cobre sean un material deseable para aplicaciones marinas como tuberías de condensadores, rejillas de entrada de agua, cascos de barcos , estructuras marinas y revestimientos. En los últimos 25 años aproximadamente, [ ¿cuándo? ] los beneficios de las aleaciones de cobre han llamado la atención de la industria de la acuicultura marina. La industria ahora está implementando activamente redes y materiales estructurales de aleaciones de cobre en operaciones comerciales de piscicultura a gran escala en todo el mundo.
Se ha escrito mucho sobre la degradación y el agotamiento de las reservas naturales de peces en ríos , estuarios y océanos (véase también Sobrepesca ). [7] [8] Debido a que la pesca industrial se ha vuelto extremadamente eficiente, las reservas oceánicas de peces grandes, como el atún , el bacalao y el fletán, han disminuido un 90% en los últimos 50 años. [9] [10] [11]
La acuicultura , una industria que surgió apenas en las últimas décadas, se ha convertido en uno de los sectores de más rápido crecimiento de la economía alimentaria mundial. [2] La acuicultura ya abastece más de la mitad de la demanda mundial de pescado. [12] Se prevé que este porcentaje aumente drásticamente en las próximas décadas.
La bioincrustación es uno de los mayores problemas de la acuicultura. [13] La bioincrustación se produce en materiales que no contienen cobre en el entorno marino, incluidas las superficies de los corrales de peces y las redes . [2] Por ejemplo, se observó que el área abierta de una malla sumergida durante solo siete días en una operación de acuicultura de Tasmania disminuyó en un 37% como resultado de la bioincrustación. [14]
El proceso de bioincrustación comienza cuando las esporas de algas , las larvas de invertebrados marinos y otros materiales orgánicos se adhieren a superficies sumergidas en ambientes marinos (por ejemplo, redes de pesca en acuicultura). Las bacterias luego fomentan la adhesión de colonizadores secundarios no deseados. [2] [15]
La bioincrustación tiene fuertes impactos negativos en las operaciones de acuicultura. El flujo de agua y el oxígeno disuelto se inhiben debido a las redes obstruidas en los corrales de peces. [16] [17] El resultado es a menudo peces enfermos por infecciones, como la enfermedad hepática de los corrales, [18] la enfermedad amebiana de las branquias , [19] y parásitos. [20] [21] Otros impactos negativos incluyen el aumento de la mortalidad de los peces, la disminución de las tasas de crecimiento de los peces, la cosecha prematura de peces, la reducción de los valores y la rentabilidad de los productos pesqueros y un impacto negativo en el medio ambiente cerca de las granjas de peces. [2] [22] [23]
La bioincrustación añade un peso enorme a las redes sumergidas para peces. Se ha informado de aumentos de peso de hasta doscientas veces. [24] [25] Esto se traduce, por ejemplo, en dos mil libras de organismos no deseados adheridos a lo que alguna vez fue una red de pesca limpia de 10 libras. En Australia del Sur , se observó bioincrustación que pesaba 6,5 toneladas (aproximadamente 13.000 libras) en una red de pesca. [26] Esta carga adicional a menudo da como resultado la rotura de la red y costos de mantenimiento adicionales.
Para combatir los parásitos de la bioincrustación en la acuicultura de peces, se pueden administrar protocolos de tratamiento como cipermetrina , azametifos y benzoato de emamectina , pero se ha descubierto que estos tienen efectos ambientales perjudiciales, por ejemplo, en las operaciones de langosta . [27] [28] [29] [30] [31]
Para tratar las enfermedades de los peces criados en redes contaminadas con bioincrustaciones, se administran antibióticos a las poblaciones de peces . Los antibióticos pueden tener efectos no deseados a largo plazo en la salud de los consumidores y en los entornos costeros cercanos a las operaciones de acuicultura. [32] Para combatir la bioincrustación, los operadores a menudo implementan costosas medidas de mantenimiento, como el cambio frecuente de redes, la limpieza/eliminación de organismos no deseados de las redes, reparaciones de redes y tratamientos químicos que incluyen recubrimientos antimicrobianos en redes de nailon. [19] [33] [34] [25] El costo de aplicar antiincrustaciones a una sola red de salmón puede ser de varios miles de libras esterlinas . [2] En algunos sectores de la industria de la acuicultura europea, la limpieza de los corrales de peces y mariscos contaminados con bioincrustaciones puede costar entre el 5 y el 20 % de su valor de mercado. Una gran cantidad de incrustaciones puede reducir el producto vendible en las redes entre un 60 y un 90 %. [22]
Los recubrimientos antiincrustantes se utilizan a menudo en redes de nailon porque el proceso es más económico que la limpieza manual. [35] Cuando las redes de nailon se recubren con compuestos antiincrustantes, los recubrimientos repelen la bioincrustación durante un período de tiempo, normalmente entre varias semanas y varios meses. Sin embargo, las redes acaban sucumbiendo a la bioincrustación. Los recubrimientos antiincrustantes que contienen óxido cuproso como alguicida / biocida son la tecnología de recubrimientos que se utiliza casi exclusivamente en la industria de la piscicultura en la actualidad. Los tratamientos suelen desprenderse en unas pocas semanas o entre seis y ocho meses. [2] [36]
Las redes contaminadas con bioincrustaciones se reemplazan después de varios meses de servicio, dependiendo de las condiciones ambientales, en una operación complicada, costosa y laboriosa que involucra buzos y personal especializado. Durante este proceso, los peces vivos en las redes deben ser transferidos a corrales limpios, lo que causa estrés y asfixia indebidos que resultan en la pérdida de algunos peces. [37] Las redes contaminadas con bioincrustaciones que se pueden reutilizar se lavan en tierra mediante cepillado y restregado manual o mangueras de agua a alta presión. Luego se secan y se vuelven a impregnar con recubrimientos antiincrustantes. [25] [36] [38] [39]
Existe una línea de limpiadores de redes para lavados in situ donde esté permitido. [40] Pero, incluso donde no esté permitido por las autoridades ambientales, pesqueras, marítimas y sanitarias, si la falta de oxígeno disuelto en los corrales sumergidos crea una condición de emergencia que pone en peligro la salud de los peces, se pueden enviar buzos con maquinaria especial de limpieza in situ para limpiar las redes contaminadas con bioincrustaciones. [36]
La industria de la acuicultura está abordando los impactos ambientales negativos de sus operaciones (ver problemas de la acuicultura ). A medida que la industria evolucione, se espera que surja una industria acuícola más limpia y sostenible , que pueda depender cada vez más de materiales con propiedades antiincrustantes, anticorrosivas y estructurales fuertes, como las aleaciones de cobre.
En la industria de la acuicultura, una buena crianza de animales significa mantener a los peces limpios, bien alimentados, sanos y no hacinados. [41] Una solución para mantener sanos a los peces de cultivo es contenerlos en redes y estructuras de aleación de cobre antiincrustantes. [42]
Los investigadores han atribuido la resistencia del cobre a la bioincrustación, incluso en aguas templadas, a dos posibles mecanismos: 1) una secuencia retardante de colonización a través de la liberación de iones de cobre antimicrobianos, impidiendo así la adhesión de capas microbianas a las superficies marinas; [43] y, 2) capas separadoras que contienen productos corrosivos y esporas de organismos juveniles u macroincrustantes. [44]
El requisito más importante para lograr una resistencia óptima a la bioincrustación es que las aleaciones de cobre estén expuestas libremente o aisladas eléctricamente de las aleaciones menos nobles y de la protección catódica . El acoplamiento galvánico con aleaciones menos nobles y la protección catódica evitan la liberación de iones de cobre de las películas superficiales y, por lo tanto, reducen la resistencia a la bioincrustación. [45]
A medida que aumentan las temperaturas y disminuyen las velocidades del agua en las aguas marinas, las tasas de bioincrustación aumentan drásticamente. Sin embargo, la resistencia del cobre a la bioincrustación se observa incluso en aguas templadas. Estudios en la bahía de La Herradura, Coquimbo , Chile , donde las condiciones de bioincrustación son extremas, demostraron que una aleación de cobre (90% cobre, 10% níquel) evitaba los organismos macroincrustantes. [44]
Las aleaciones de cobre utilizadas en el servicio de agua de mar tienen tasas de corrosión generales bajas , pero también tienen una alta resistencia a muchas formas localizadas de corrosión. Se encuentra disponible una discusión técnica sobre varios tipos de corrosión, consideraciones de aplicación (por ejemplo, profundidad de las instalaciones, efecto de aguas contaminadas, condiciones del mar) y las características de corrosión de varias aleaciones de cobre utilizadas en redes de acuicultura (es decir, cobre-níquel, cobre-zinc y cobre-silicio [46] ).
Antes de finales del siglo XVIII, los cascos estaban hechos casi en su totalidad de madera, a menudo de roble blanco. El entablado de sacrificio era el modo común de protección del casco. Esta técnica incluía envolver una capa protectora de madera de 1/2 pulgada de espesor, a menudo de pino, sobre el casco para disminuir el riesgo de daños. Esta capa se reemplazaba regularmente cuando estaba infestada de barrenadores marinos. [47] El revestimiento de cobre para cascos de barcos biorresistentes se desarrolló a fines del siglo XVIII. En 1761, el casco de la fragata HMS Alarm de la Marina Real Británica fue revestido completamente de cobre para evitar el ataque de gusanos Teredo en aguas tropicales. [48] El cobre redujo la bioincrustación del casco, lo que permitió que los barcos se movieran más rápido que aquellos que no tenían cascos revestidos de cobre.
Muchos factores complejos influyen en el desempeño ambiental de las aleaciones de cobre en las operaciones de acuicultura. En esta referencia se resume una descripción técnica de los mecanismos antiincrustantes, la salud y el bienestar de los peces, las pérdidas de peces debido a escapes y ataques de depredadores y los impactos ambientales de la reducción del ciclo de vida . [49]
En la actualidad (2011) se están utilizando aleaciones de cobre y latón en operaciones de acuicultura a escala comercial en Asia, Sudamérica y los EE. UU. (Hawái). Actualmente se están llevando a cabo investigaciones exhaustivas, que incluyen demostraciones y ensayos, sobre otras dos aleaciones de cobre: cobre-níquel y cobre-silicio. Cada uno de estos tipos de aleación tiene una capacidad inherente para reducir la bioincrustación, los desechos de los corrales, las enfermedades y la necesidad de antibióticos, manteniendo al mismo tiempo la circulación del agua y los requisitos de oxígeno. También se están considerando otros tipos de aleaciones de cobre para la investigación y el desarrollo en operaciones de acuicultura.
La Universidad de New Hampshire está realizando experimentos bajo los auspicios de la Asociación Internacional del Cobre (ICA) [50] para evaluar la respuesta estructural, hidrodinámica y antiincrustante de las redes de aleación de cobre. Los factores que se determinarán a partir de estos experimentos, como el arrastre, las cargas dinámicas de la jaula, la pérdida de material y el crecimiento biológico (bien documentados para las redes de nailon pero no completamente comprendidos para las redes de aleación de cobre y níquel) ayudarán a diseñar jaulas para peces hechas de estas aleaciones. El Instituto de Investigación Pesquera del Mar de China Oriental, en Shanghái, China, también está realizando investigaciones experimentales sobre aleaciones de cobre para la ICA.
Mitsubishi-Shindoh Co., Ltd., ha desarrollado una aleación patentada de latón y cobre-zinc, denominada UR30, [51] diseñada específicamente para operaciones de acuicultura. La aleación, que está compuesta por un 64 % de cobre, un 35,1 % de zinc, un 0,6 % de estaño y un 0,3 % de níquel, resiste la abrasión mecánica cuando se forma en alambres y se fabrica en mallas de eslabones de cadena, tejidas u otros tipos de mallas flexibles. Las tasas de corrosión dependen de la profundidad de inmersión y de las condiciones del agua de mar. La tasa de corrosión promedio informada para la aleación es < 5 μm/año según ensayos de exposición de dos y cinco años en agua de mar. [52]
La Ashimori Industry Company, Ltd., ha instalado aproximadamente 300 corrales flexibles con mallas de eslabones de cadena tejidos UR30 en Japón para criar seriola (es decir, jurel , pez limón , pez rey , hamachi ). La empresa ha instalado otros 32 corrales de latón para criar salmón del Atlántico en las operaciones de Van Diemen Aquaculture en Tasmania , Australia. En Chile , EcoSea Farming SA ha instalado un total de 62 corrales de malla de latón de eslabones de cadena tejidos para criar truchas y salmón del Atlántico. [52] En Panamá, China, Corea, Turquía y los EE. UU., se están realizando demostraciones y ensayos utilizando corrales flexibles con mallas de eslabones de cadena tejidos UR30 y otras formas de malla y una variedad de aleaciones de cobre.
Hasta la fecha, en más de 10 años de experiencia en acuicultura, las mallas de eslabones de cadena fabricadas con estas aleaciones de latón no han sufrido deszincificación , corrosión bajo tensión ni corrosión por erosión .
Las aleaciones de cobre y níquel se desarrollaron específicamente para aplicaciones en agua de mar hace más de cinco décadas. Hoy en día, estas aleaciones se están investigando para su posible uso en la acuicultura.
Las aleaciones de cobre y níquel para aplicaciones marinas suelen estar compuestas por un 90 % de cobre, un 10 % de níquel y pequeñas cantidades de manganeso y hierro para mejorar la resistencia a la corrosión. La resistencia a la corrosión por agua de mar de las aleaciones de cobre y níquel da como resultado una película superficial protectora delgada y adherente que se forma de forma natural y rápida sobre el metal tras la exposición al agua de mar limpia. [53]
La velocidad de formación de la protección contra la corrosión depende de la temperatura. Por ejemplo, a 27 °C (es decir, una temperatura de entrada común en Oriente Medio), se puede esperar una rápida formación de película y una buena protección contra la corrosión en unas pocas horas. A 16 °C, podría llevar de 2 a 3 meses para que la protección madure. Pero una vez que se forma una buena película superficial, las tasas de corrosión disminuyen, normalmente a 0,02–0,002 mm/año, a medida que las capas protectoras se desarrollan durante un período de años. [54] Estas aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión por picaduras y grietas de cloruro y no son susceptibles a la corrosión bajo tensión por cloruro.
El cobre y el silicio se han utilizado durante mucho tiempo en tornillos , tuercas , pernos , arandelas , pasadores , tirafondos y grapas en embarcaciones de madera en entornos marinos. Las aleaciones suelen estar compuestas de cobre, silicio y manganeso. La inclusión de silicio fortalece el metal.
Al igual que con las aleaciones de cobre y níquel, la resistencia a la corrosión de las aleaciones de cobre y silicio se debe a las películas protectoras que se forman en la superficie con el paso del tiempo. Se han observado índices de corrosión generales de 0,025 a 0,050 mm en aguas tranquilas. Este índice disminuye hacia el extremo inferior del rango con exposiciones a largo plazo (por ejemplo, 400 a 600 días). En general, no se producen picaduras con los bronces de silicio. También hay una buena resistencia a la corrosión por erosión hasta caudales moderados. Debido a que el cobre y el silicio se pueden soldar, se pueden construir corrales rígidos con este material. Además, debido a que la malla de cobre y silicio soldada es más ligera que la de eslabones de cadena de cobre y zinc, los recintos para acuicultura hechos con cobre y silicio pueden ser más livianos y, por lo tanto, una alternativa potencialmente menos costosa.
Luvata Appleton, LLC, está investigando y desarrollando una línea de mallas tejidas y soldadas de aleación de cobre, incluida una aleación de cobre y silicio pendiente de patente, que se comercializan bajo el nombre comercial Seawire. [55] La empresa ha desarrollado mallas de aleación de cobre y silicio para criar varios organismos marinos en ensayos de prueba que ahora se encuentran en varias etapas de evaluación. Estos incluyen la cría de cobia en Panamá, langostas en el estado estadounidense de Maine y cangrejos en la bahía de Chesapeake. La empresa está trabajando con varias universidades para estudiar su material, incluida la Universidad de Arizona para estudiar el camarón , la Universidad de New Hampshire para estudiar el bacalao y la Universidad Estatal de Oregón para estudiar las ostras .
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