Un espumador de proteínas o fraccionador de espuma es un dispositivo que se utiliza para eliminar del agua compuestos orgánicos como alimentos y partículas de desechos. Se utiliza más comúnmente en aplicaciones comerciales como instalaciones municipales de tratamiento de agua , acuarios públicos e instalaciones de acuicultura. Los skimmers de proteínas más pequeños también se utilizan para la filtración de acuarios domésticos de agua salada e incluso acuarios y estanques de agua dulce.
El desnatado de proteínas elimina ciertos compuestos orgánicos, incluidas las proteínas y los aminoácidos que se encuentran en las partículas de alimentos y los desechos de pescado, utilizando la polaridad de la propia proteína. Debido a su carga intrínseca, las proteínas transmitidas por el agua son repelidas o atraídas por la interfaz aire/agua y estas moléculas pueden describirse como hidrófobas (como las grasas o aceites) o hidrófilas (como la sal, el azúcar, el amoníaco, la mayoría de los aminoácidos). , y la mayoría de los compuestos inorgánicos). Sin embargo, algunas moléculas orgánicas más grandes pueden tener porciones tanto hidrófobas como hidrófilas. Estas moléculas se denominan anfipáticas o anfifílicas . Los skimmers de proteínas comerciales funcionan generando una gran interfaz aire/agua, específicamente inyectando una gran cantidad de burbujas en la columna de agua. En general, cuanto más pequeñas son las burbujas, más eficaz es la eliminación de proteínas porque el área de superficie de las burbujas pequeñas que ocupan el mismo volumen es mucho mayor que el mismo volumen de las burbujas más grandes. [1] Un gran número de pequeñas burbujas presentan una enorme interfaz aire/agua para que las moléculas orgánicas hidrofóbicas y las moléculas orgánicas anfipáticas se acumulen en la superficie de la burbuja (la interfaz aire/agua). El movimiento del agua acelera la difusión de moléculas orgánicas, lo que efectivamente trae más moléculas orgánicas a la interfaz aire/agua y permite que las moléculas orgánicas se acumulen en la superficie de las burbujas de aire. Este proceso continúa hasta que la interfaz se satura, a menos que la burbuja se retire del agua o estalle, en cuyo caso las moléculas acumuladas se liberan nuevamente a la columna de agua. Sin embargo, es importante señalar que una mayor exposición de una burbuja de aire saturada a moléculas orgánicas puede seguir provocando cambios, ya que los compuestos que se unen con más fuerza pueden reemplazar aquellas moléculas con una unión más débil que ya se han acumulado en la interfaz. Aunque algunos acuaristas creen que siempre es bueno aumentar el tiempo de contacto (o tiempo de permanencia, como a veces se le llama), es incorrecto afirmar que siempre es mejor aumentar el tiempo de contacto entre las burbujas y el agua del acuario. [2] A medida que las burbujas aumentan cerca de la parte superior de la columna de agua del desnatador de proteínas, se vuelven más densas y el agua comienza a drenar y crear la espuma que transportará las moléculas orgánicas al recipiente de recolección de desnatado o a un recolector de residuos de desnatado separado y al Las moléculas orgánicas y cualquier molécula inorgánica que pueda haberse unido a las moléculas orgánicas se exportarán del sistema de agua.
Además de las proteínas que se eliminan mediante el desnatado, existen otras moléculas orgánicas e inorgánicas que normalmente se eliminan. Estos incluyen una variedad de grasas, ácidos grasos , carbohidratos, metales como el cobre y oligoelementos como el yodo. También se eliminan partículas, fitoplancton , bacterias y detritos; Algunos acuaristas desean esto y, a menudo, se mejora colocando el skimmer antes de otras formas de filtración, lo que reduce la carga sobre el sistema de filtración en su conjunto. Existe al menos un estudio publicado que proporciona una lista detallada de los productos de exportación eliminados por el skimmer. [3] Sin embargo, los acuaristas que mantienen invertebrados que se alimentan por filtración a veces prefieren mantener estas partículas en el agua para que sirvan como alimento natural. [4] [5]
Los skimmers de proteínas se utilizan para recolectar algas y fitoplancton con la suficiente suavidad como para mantener la viabilidad para el cultivo o la venta comercial como cultivos vivos.
Recientemente se han empezado a utilizar formas alternativas de filtración de agua, incluido el depurador de algas , que deja partículas de alimento en el agua para que las consuman los corales y los peces pequeños, pero elimina los compuestos nocivos como el amoníaco, el nitrito, el nitrato y el fosfato que los skimmers de proteínas no eliminan. eliminar.
Todos los skimmers tienen características clave en común: el agua fluye a través de una cámara y entra en contacto con una columna de finas burbujas. Las burbujas recogen proteínas y otras sustancias y las llevan a la parte superior del dispositivo donde la espuma, pero no el agua, se acumula en una taza. Aquí la espuma se condensa formando un líquido que se puede eliminar fácilmente del sistema. El material que se acumula en la taza puede variar desde un líquido acuoso de color amarillo verdoso pálido hasta un alquitrán negro espeso.
Considere este resumen del diseño óptimo de un skimmer de proteínas realizado por Randy Holmes-Farley: [6]
Para que un skimmer funcione al máximo, deben ocurrir lo siguiente:
1. Se debe generar una gran cantidad de interfaz aire/agua.
2. Se debe permitir que las moléculas orgánicas se acumulen en la interfaz aire/agua.
3. Las burbujas que forman esta interfaz aire/agua deben unirse para formar una espuma.
4. El agua de la espuma debe escurrirse parcialmente sin que las burbujas exploten prematuramente.
5. La espuma escurrida debe separarse del agua a granel y desecharse.
También se ha prestado considerable atención recientemente a la forma general de un skimmer. En particular, se ha prestado mucha atención a la introducción de unidades desnatadoras en forma de cono. Diseñado originalmente por Klaus Jensen en 2004, el concepto se basó en el principio de que un cuerpo cónico permite que la espuma se acumule de manera más constante a través de una transición suavemente inclinada. Se afirmó que esto reduce la turbulencia general, lo que resulta en un desnatado más eficiente. Sin embargo, este diseño reduce el volumen total dentro del skimmer, reduciendo el tiempo de permanencia. Los skimmers de proteínas de forma cilíndrica son el diseño más popular y permiten el mayor volumen de aire y agua. [7]
En general, los skimmers de proteínas se pueden clasificar de dos formas dependiendo de si funcionan mediante flujo a favor de la corriente o contracorriente . En un sistema de flujo en paralelo, el aire se introduce en el fondo de la cámara y está en contacto con el agua a medida que asciende hacia la cámara de recolección. En un sistema a contracorriente, el aire ingresa al sistema bajo presión y se mueve contra el flujo del agua durante un tiempo antes de ascender hacia el recipiente colector. Debido a que las burbujas de aire pueden estar en contacto con el agua durante un período más largo en un sistema de flujo a contracorriente, algunos consideran que los espumadores de proteínas de este tipo son más efectivos para eliminar desechos orgánicos. [8]
El método original de desnatado de proteínas, que consiste en hacer pasar aire presurizado a través de un difusor para producir grandes cantidades de microburbujas, sigue siendo una opción viable, efectiva y económica, aunque las tecnologías más nuevas pueden requerir menos mantenimiento. La piedra de aire suele ser un bloque de madera oblongo y parcialmente hueco, generalmente del género Tilia . Las piedras difusoras de madera más populares para los skimmers están hechas de tilo ( Tilia europaea o tilo europeo), aunque el tilo ( Tilia americana o tilo americano) también funciona, puede ser más barato y suele estar más disponible. Los bloques de madera se perforan, se roscan, se les coloca un conector de aire y se conectan mediante tubos de aire a una o más bombas de aire que suministran al menos 1 cfm. La piedra difusora de madera se coloca en el fondo de una alta columna de agua. El agua del tanque se bombea a la columna, se deja pasar por las burbujas ascendentes y regresa al tanque. Para tener suficiente tiempo de contacto con la burbuja, estas unidades pueden tener muchos pies de altura.
Los skimmers de proteínas de piedra aireadora se pueden construir como un proyecto de bricolaje a partir de tuberías y accesorios de PVC a bajo costo [1] [2] y con diversos grados de complejidad [3].
Los skimmers de proteínas con piedras difusoras requieren bombas de aire potentes que a menudo consumen mucha energía, son ruidosas y calientes, lo que provoca un aumento de la temperatura del agua del acuario. Si bien este método existe desde hace muchos años, debido a la aparición de tecnologías más eficientes, muchos lo consideran usos actuales ineficientes en sistemas más grandes o con grandes cargas biológicas.
La premisa detrás de estos skimmers es que se puede utilizar una bomba de alta presión combinada con un venturi para introducir las burbujas en la corriente de agua. El agua del tanque se bombea a través del venturi, en el que se introducen finas burbujas mediante diferencial de presión, luego ingresa al cuerpo del skimmer. Este método fue popular debido a su tamaño compacto y alta eficiencia para la época, pero los diseños venturi ahora están obsoletos y superados por diseños de rueda de agujas más eficientes.
Este concepto básico se conoce más correctamente como skimmer de aspiración, ya que algunos diseños de skimmer que utilizan un aspirador no utilizan una "rueda de pasador"/"rueda de Adrian" o "rueda de aguja". "Pin-Wheel"/"Adrian-Wheel" describe el aspecto de un impulsor que consta de un disco con pasadores montados perpendiculares (90°) al disco y paralelos al rotor. "Rueda de aguja" describe el aspecto de un impulsor que consta de una serie de pasadores que se proyectan perpendicularmente al rotor desde un eje central. "Mesh-Wheel" describe el aspecto de un impulsor que consta de un material de malla unido a una placa o eje central del rotor. El propósito de estos impulsores modificados es picar o triturar el aire que se introduce mediante un aparato aspirador de aire o una bomba de aire externa en burbujas muy finas. El diseño Mesh-Wheel proporciona excelentes resultados a corto plazo debido a su capacidad de crear burbujas finas con sus finas superficies de corte, pero su propensión a obstruirse lo convierte en un diseño poco confiable.
El aspirador de aire se diferencia del venturi por la posición de la bomba de agua. Con un venturi, el agua se empuja a través de la unidad, creando un vacío para aspirar aire. Con un aspirador de aire, el agua pasa a través de la unidad, creando un vacío para aspirar aire. Sin embargo, estos términos a menudo se intercambian incorrectamente.
Este estilo de skimmer de proteínas se ha vuelto muy popular en los acuarios públicos y se cree que es el tipo de skimmer más popular que se utiliza en los acuarios de arrecife residenciales en la actualidad. Ha tenido especial éxito en acuarios más pequeños debido a su tamaño habitualmente compacto, su facilidad de instalación y uso y su funcionamiento silencioso. Dado que la bomba empuja una mezcla de aire y agua, la potencia requerida para hacer girar el rotor puede disminuir y puede resultar en un menor requerimiento de potencia para esa bomba en comparación con la misma bomba con un impulsor diferente cuando solo bombea agua.
El skimmer de tiro descendente es a la vez un diseño de skimmer patentado y un estilo de skimmer de proteínas que inyecta agua a alta presión en tubos que tienen un mecanismo generador de espuma o burbujas y transportan la mezcla de aire y agua hacia el skimmer y a una cámara separada. El diseño patentado está protegido en los Estados Unidos con patentes y los productos comerciales de skimmer en los EE. UU. están limitados a esa única empresa. Su diseño utiliza uno o más tubos con medios plásticos, como biobolas en su interior, para mezclar agua a alta presión y aire en el cuerpo del skimmer, lo que da como resultado una espuma que recoge los residuos de proteínas en un recipiente colector. Este fue uno de los primeros diseños de skimmer de proteínas de alto rendimiento y se produjeron modelos grandes que tuvieron éxito en acuarios grandes y públicos.
El skimmer Beckett tiene algunas similitudes con el skimmer de corriente descendente, pero introduce una boquilla de espuma para producir el flujo de burbujas de aire. El nombre Beckett proviene de la boquilla de espuma patentada desarrollada y vendida por Beckett Corporation (Estados Unidos), aunque otras empresas fuera de Estados Unidos venden diseños de boquillas de espuma similares (por ejemplo, Sicce (Italia)). En lugar de utilizar los medios plásticos que se encuentran en los diseños de skimmer de tiro descendente, el skimmer Beckett utiliza conceptos de diseño de generaciones anteriores de skimmers, específicamente el skimmer de tiro descendente y el skimmer venturi (la boquilla de espuma Beckett 1408 es un venturi de 4 puertos modificado) para producir un híbrido que es capaz de utilizar potentes bombas de agua con presión nominal y procesar rápidamente grandes cantidades de agua de acuario en un corto período de tiempo. Los skimmers Beckett comerciales vienen en diseños Beckett simple, Beckett doble y Beckett cuádruple. Los skimmers Beckett bien diseñados son silenciosos y confiables. Debido a los avances en las tecnologías de bombas y la introducción de bombas de CC, se han aliviado las preocupaciones de que las bombas potentes ocupen espacio adicional, introduzcan ruido adicional y utilicen más electricidad. A diferencia de los skimmers de corriente descendente y de inducción por aspersión, los diseños de skimmer Beckett son producidos por varias empresas en los Estados Unidos y otros lugares y no se sabe que estén restringidos por patentes.
Este método está relacionado con la corriente descendente, pero utiliza una bomba para accionar una boquilla rociadora, fijada a unos centímetros por encima del nivel del agua. La acción del rociador atrapa y tritura el aire en la base de la unidad, similar a sostener el pulgar sobre una manguera de jardín, que luego sube a la cámara de recolección. En los Estados Unidos, una empresa ha patentado la tecnología de inducción de pulverización y la oferta de productos comerciales se limita a esa única empresa.
Una tendencia reciente es cambiar el método mediante el cual el skimmer recibe agua "sucia" del acuario como un medio para recircular el agua dentro del skimmer varias veces antes de regresarla al sumidero o al acuario. Los skimmers con bomba de aspiración son el tipo más popular de skimmer que utiliza diseños de recirculación, aunque otros tipos de skimmers, como los skimmers Beckett, también están disponibles en versiones de recirculación. Si bien existe una creencia popular entre algunos acuaristas de que esta recirculación aumenta el tiempo de permanencia o contacto de las burbujas de aire generadas dentro del skimmer, no existe evidencia autorizada de que esto sea cierto. Cada vez que se recircula agua dentro del skimmer, cualquier burbuja de aire en esa muestra de agua se destruye y el aparato venturi de la bomba de recirculación genera nuevas burbujas, de modo que el tiempo de contacto aire-agua comienza nuevamente para estas burbujas recién creadas. En los diseños de skimmer sin recirculación, un skimmer tiene una entrada suministrada por una bomba que extrae agua del acuario y la inyecta aire en el skimmer y libera la espuma o la mezcla de aire/agua en la cámara de reacción. Con un diseño de recirculación, una entrada generalmente es impulsada por una bomba de alimentación separada, o en algunos casos puede ser alimentada por gravedad, para recibir el agua sucia para procesar, mientras que la bomba que proporciona la espuma o la mezcla de aire/agua a la cámara de reacción es configurar por separado en un circuito cerrado en el costado del skimmer. La bomba de recirculación extrae agua del skimmer e inyecta aire para generar la espuma o la mezcla de aire y agua antes de devolverla a la cámara de reacción del skimmer, "recirculándola". La bomba de alimentación en un diseño de recirculación normalmente inyecta una cantidad menor de agua sucia que los diseños de corriente paralela/contracorriente. La bomba de alimentación separada permite un fácil control de la tasa de intercambio de agua a través del skimmer y para muchos acuaristas este es uno de los atractivos importantes de los diseños de skimmer con recirculación. Debido a que la configuración de la bomba de estos skimmers es similar a la de los skimmers con bomba de aspiración, las ventajas del consumo de energía también son similares.