Un estudi de cas d'aplicació de sensors d'oxigen dissolt en aireació de precisió

I. Antecedents del projecte: Els reptes i les oportunitats de l'aqüicultura indonèsia

Indonèsia és el segon productor d'aqüicultura més gran del món, i la indústria és un pilar fonamental de la seva economia nacional i la seva seguretat alimentària. Tanmateix, els mètodes agrícoles tradicionals, especialment l'agricultura intensiva, s'enfronten a reptes importants:

• Risc d'hipòxia: En estanys d'alta densitat, la respiració dels peixos i la descomposició de la matèria orgànica consumeixen grans quantitats d'oxigen. La insuficiència d'oxigen dissolt (OD) provoca un creixement lent dels peixos, una reducció de la gana, un augment de l'estrès i pot causar asfíxia i mortalitat a gran escala, cosa que resulta en pèrdues econòmiques devastadores per als agricultors.
• Costos energètics elevats: Els airejadors tradicionals sovint funcionen amb generadors dièsel o amb la xarxa elèctrica i requereixen un funcionament manual. Per evitar la hipòxia nocturna, els agricultors sovint fan funcionar els airejadors contínuament durant llargs períodes, cosa que comporta un consum enorme d'electricitat o dièsel i uns costos operatius molt elevats.
• Gestió extensiva: La confiança en l'experiència manual per avaluar els nivells d'oxigen de l'aigua (com ara observar si els peixos estan "ofegant" a la superfície) és molt imprecisa. Quan s'observa l'ofegant, els peixos ja estan molt estressats i iniciar l'aireació en aquest punt sovint és massa tard.

Per abordar aquests problemes, a Indonèsia s'estan promovent sistemes intel·ligents de monitorització de la qualitat de l'aigua basats en la tecnologia de la Internet de les Coses (IoT), amb el sensor d'oxigen dissolt que hi juga un paper fonamental.

II. Estudi de cas detallat de l'aplicació de la tecnologia

Ubicació: Granges de tilàpies o gambes de mitjana a gran escala a les zones costaneres i interiors de les illes fora de Java (per exemple, Sumatra, Kalimantan).

Solució tècnica: Desplegament de sistemes intel·ligents de monitorització de la qualitat de l'aigua integrats amb sensors d'oxigen dissolt.

1. Sensor d'oxigen dissolt: l'"òrgan sensorial" del sistema

• Tecnologia i funció: Utilitza sensors òptics basats en fluorescència. El principi implica una capa de colorant fluorescent a la punta del sensor. Quan s'excita amb llum d'una longitud d'ona específica, el colorant emet fluorescència. La concentració d'oxigen dissolt a l'aigua apaga (redueix) la intensitat i la durada d'aquesta fluorescència. En mesurar aquest canvi, la concentració de diòxid de carboni (DO) es calcula amb precisió.
• Avantatges (respecte als sensors electroquímics tradicionals):
  • Sense manteniment: No cal substituir els electròlits ni les membranes; els intervals de calibratge són llargs i requereixen un manteniment mínim.
  • Alta resistència a les interferències: Menys susceptible a les interferències del cabal d'aigua, el sulfur d'hidrogen i altres productes químics, cosa que el fa ideal per a entorns d'estanys complexos.
  • Alta precisió i resposta ràpida: proporciona dades de DO contínues, precises i en temps real.

2. Integració de sistemes i flux de treball

• Adquisició de dades: El sensor de DO s'instal·la permanentment a una profunditat crítica a l'estany (sovint a la zona més allunyada de l'airejador o a la capa mitjana d'aigua, on el DO sol ser més baix), monitoritzant els valors de DO 24/7.
• Transmissió de dades: El sensor envia dades per cable o sense fil (per exemple, LoRaWAN, xarxa cel·lular) a un registrador/porta d'enllaç de dades amb energia solar a la vora de l'estany.
• Anàlisi de dades i control intel·ligent: la passarel·la conté un controlador preprogramat amb límits llindar superior i inferior de DO (per exemple, iniciar l'aireació a 4 mg/L, aturar-se a 6 mg/L).
• Execució automàtica: Quan les dades de diòxid de diòxid (DO) en temps real cauen per sota del límit inferior establert, el controlador activa automàticament l'airejador. Apaga l'airejador un cop el DO es recupera a un nivell superior segur. Tot el procés no requereix cap intervenció manual.
• Monitorització remota: Totes les dades es carreguen simultàniament a una plataforma al núvol. Els agricultors poden monitoritzar de forma remota l'estat de l'OD i les tendències històriques de cada estany en temps real a través d'una aplicació mòbil o un tauler de control de l'ordinador i rebre alertes per SMS per a condicions de baix oxigen.

III. Resultats i valor de l'aplicació

L'adopció d'aquesta tecnologia ha comportat canvis revolucionaris per als agricultors indonesis:

1. Mortalitat significativament reduïda, rendiment i qualitat augmentats:
   • El monitoratge de precisió les 24 hores del dia, els 7 dies de la setmana, evita completament els esdeveniments hipòxics causats per les hores nocturnes o els canvis meteorològics sobtats (per exemple, tardes caloroses i tranquil·les), reduint dràsticament la mortalitat de peixos.
   • Un entorn estable d'OD redueix l'estrès dels peixos, millora la relació de conversió d'aliments (FCR), promou un creixement més ràpid i saludable i, en última instància, augmenta el rendiment i la qualitat del producte.
2. Estalvi substancial en energia i costos operatius:
   • Canvia el funcionament de "aireació 24/7" a "aireació a demanda", reduint el temps de funcionament de l'airejador entre un 50% i un 70%.
   • Això condueix directament a una forta caiguda dels costos d'electricitat o dièsel, reduint significativament els costos de producció generals i millorant el retorn de la inversió (ROI).
3. Permet una gestió precisa i intel·ligent:
   • Els agricultors s'alliberen de la tasca intensiva i imprecisa de les revisions constants dels estanys, especialment durant la nit.
   • Les decisions basades en dades permeten una programació més científica de l'alimentació, la medicació i l'intercanvi d'aigua, cosa que facilita una transició moderna de l'"agricultura basada en l'experiència" a l'"agricultura basada en dades".
4. Capacitat de gestió de riscos millorada:
   • Les alertes mòbils permeten als agricultors ser immediatament conscients de les anomalies i respondre de forma remota, fins i tot quan no són in situ, millorant considerablement la seva capacitat per gestionar riscos sobtats.

IV. Reptes i perspectives de futur

• Reptes:
  • Cost d'inversió inicial: El cost inicial dels sensors i els sistemes d'automatització continua sent un obstacle important per als petits agricultors individuals.
  • Formació i adopció tècnica: Cal formar els agricultors tradicionals perquè canviïn les pràctiques antigues i aprenguin a utilitzar i mantenir l'equip.
  • Infraestructura: Un subministrament elèctric estable i una cobertura de xarxa a les illes remotes són requisits previs per al funcionament estable del sistema.
• Perspectives de futur:
  • Es preveu que els costos dels equips continuïn disminuint a mesura que la tecnologia maduri i s'aconsegueixin economies d'escala.
  • Les subvencions i els programes de promoció governamentals i d'organitzacions no governamentals (ONG) acceleraran l'adopció d'aquesta tecnologia.
  • Els futurs sistemes integraran no només OD, sinó també pH, temperatura, amoníac, terbolesa i altres sensors, creant un "IoT submarí" complet per a estanys. Els algoritmes d'intel·ligència artificial permetran una gestió totalment automatitzada i intel·ligent de tot el procés de l'aqüicultura.

Conclusió

L'aplicació de sensors d'oxigen dissolt en l'aqüicultura indonèsia és una història d'èxit altament representativa. Mitjançant un monitoratge precís de dades i un control intel·ligent, aborda eficaçment els principals punts febles de la indústria: el risc d'hipòxia i els elevats costos energètics. Aquesta tecnologia representa no només una actualització de les eines, sinó una revolució en la filosofia agrícola, impulsant la indústria aqüícola indonèsia i mundial cap a un futur més eficient, sostenible i intel·ligent.