Un studiu de caz de aplicație a senzorilor de oxigen dizolvat în aerarea de precizie

I. Contextul proiectului: Provocările și oportunitățile acvaculturii indoneziene

Indonezia este al doilea cel mai mare producător de acvacultură din lume, iar industria este un pilon esențial al economiei naționale și al securității alimentare. Cu toate acestea, metodele agricole tradiționale, în special agricultura intensivă, se confruntă cu provocări semnificative:

• Riscul de hipoxie: În iazurile cu densitate mare, respirația peștilor și descompunerea materiei organice consumă cantități mari de oxigen. Cantitatea insuficientă de oxigen dizolvat (OD) duce la creșterea lentă a peștilor, reducerea apetitului, creșterea stresului și poate provoca sufocare și mortalitate la scară largă, rezultând pierderi economice devastatoare pentru fermieri.
• Costuri ridicate cu energia: Aeratoarele tradiționale sunt adesea alimentate de generatoare diesel sau de la rețeaua electrică și necesită operare manuală. Pentru a evita hipoxia nocturnă, fermierii folosesc frecvent aeratoarele în mod continuu pentru perioade lungi de timp, ceea ce duce la un consum enorm de energie electrică sau motorină și la costuri operaționale foarte mari.
• Gestionare extensivă: Bazarea pe experiența manuală pentru a evalua nivelurile de oxigen din apă — cum ar fi observarea dacă peștii „gâfâie” la suprafață — este extrem de inexactă. În momentul în care se observă gâfâitul, peștii sunt deja foarte stresați, iar inițierea aerării în acest moment este adesea prea târzie.

Pentru a aborda aceste probleme, în Indonezia sunt promovate sisteme inteligente de monitorizare a calității apei bazate pe tehnologia Internet of Things (IoT), senzorul de oxigen dizolvat jucând un rol esențial.

II. Studiu de caz detaliat al aplicării tehnologiei

Locație: Ferme de tilapia sau creveți la scară medie spre mare în zonele de coastă și interioare ale insulelor din afara Java (de exemplu, Sumatra, Kalimantan).

Soluție tehnică: Implementarea unor sisteme inteligente de monitorizare a calității apei integrate cu senzori de oxigen dizolvat.

1. Senzor de oxigen dizolvat – „organul senzorial” al sistemului

• Tehnologie și funcție: Utilizează senzori optici bazați pe fluorescență. Principiul implică un strat de colorant fluorescent la vârful senzorului. Atunci când este excitat de lumină cu o anumită lungime de undă, colorantul emite fluorescență. Concentrația de oxigen dizolvat în apă stinge (reduce) intensitatea și durata acestei fluorescențe. Prin măsurarea acestei modificări, concentrația de oxigen dizolvat (DO) este calculată cu precizie.
• Avantaje (față de senzorii electrochimici tradiționali):
  • Fără întreținere: Nu este nevoie să înlocuiți electroliții sau membranele; intervalele de calibrare sunt lungi, necesitând o întreținere minimă.
  • Rezistență ridicată la interferențe: Mai puțin susceptibil la interferențe cauzate de debitul apei, hidrogen sulfurat și alte substanțe chimice, fiind ideal pentru medii complexe de iazuri.
  • Precizie ridicată și răspuns rapid: Oferă date continue, precise și în timp real despre dioxidul de carbon.

2. Integrarea sistemului și fluxul de lucru

• Achiziție de date: Senzorul de dioxid de carbon (DO) este instalat permanent la o adâncime critică în iaz (adesea în zona cea mai îndepărtată de aerator sau în stratul mijlociu al apei, unde DO este de obicei cel mai scăzut), monitorizând valorile DO 24/7.
• Transmiterea datelor: Senzorul trimite date prin cablu sau fără fir (de exemplu, LoRaWAN, rețea celulară) către un înregistrator/gateway de date alimentat cu energie solară, situat la marginea iazului.
• Analiza datelor și control inteligent: Gateway-ul conține un controler preprogramat cu limite de prag superioare și inferioare pentru oxigen dizolvat (de exemplu, pornirea aerării la 4 mg/L, oprirea la 6 mg/L).
• Execuție automată: Când datele DO în timp real scad sub limita inferioară setată, controlerul activează automat aeratorul. Acesta oprește aeratorul odată ce DO revine la un nivel superior sigur. Întregul proces nu necesită intervenție manuală.
• Monitorizare de la distanță: Toate datele sunt încărcate simultan pe o platformă cloud. Fermierii pot monitoriza de la distanță starea oxigenului dizolvat (OD) și tendințele istorice ale fiecărui iaz în timp real prin intermediul unei aplicații mobile sau al unui tablou de bord al computerului și pot primi alerte prin SMS pentru condiții de oxigen scăzut.

III. Rezultatele și valoarea aplicației

Adoptarea acestei tehnologii a adus schimbări revoluționare fermierilor indonezieni:

1. Mortalitate semnificativ redusă, randament și calitate crescute:
   • Monitorizarea precisă 24/7 previne complet evenimentele hipoxice cauzate de orele nocturne sau de schimbările bruște de vreme (de exemplu, după-amieze calde și liniștite), reducând drastic mortalitatea peștilor.
   • Un mediu stabil în apă dusă la oxigen (DO) reduce stresul peștilor, îmbunătățește Raportul de Conversie a Furajelor (FCR), promovează o creștere mai rapidă și mai sănătoasă și, în cele din urmă, crește randamentul și calitatea produsului.
2. Economii substanțiale la energie și costuri operaționale:
   • Schimbă funcționarea de la „aerare 24/7” la „aerare la cerere”, reducând timpul de funcționare al aeratorului cu 50%-70%.
   • Acest lucru duce direct la o scădere bruscă a costurilor cu energia electrică sau motorina, reducând semnificativ costurile generale de producție și îmbunătățind rentabilitatea investiției (ROI).
3. Permite precizie și management inteligent:
   • Fermierii sunt scutiți de sarcina laborioasă și inexactă a verificărilor constante ale iazurilor, mai ales noaptea.
   • Deciziile bazate pe date permit o programare mai științifică a hrănirii, medicației și schimbului de apă, permițând o tranziție modernă de la „agricultura bazată pe experiență” la „agricultura bazată pe date”.
4. Capacitate îmbunătățită de gestionare a riscurilor:
   • Alertele mobile permit fermierilor să fie imediat conștienți de anomalii și să reacționeze de la distanță, chiar și atunci când nu sunt la fața locului, îmbunătățindu-le considerabil capacitatea de a gestiona riscurile bruște.

IV. Provocări și perspective de viitor

• Provocări:
  • Costul investiției inițiale: Costul inițial al senzorilor și al sistemelor de automatizare rămâne o barieră semnificativă pentru fermierii individuali la scară mică.
  • Instruire tehnică și adoptare: Este necesară instruirea fermierilor tradiționali pentru a schimba practicile vechi și pentru a învăța cum să utilizeze și să întrețină echipamentele.
  • Infrastructură: O alimentare stabilă cu energie electrică și acoperirea rețelei în insulele îndepărtate sunt condiții prealabile pentru funcționarea stabilă a sistemului.
• Perspective de viitor:
  • Se așteaptă ca costurile echipamentelor să continue să scadă pe măsură ce tehnologia se maturizează și se realizează economii de scară.
  • Subvențiile și programele de promovare guvernamentale și ale organizațiilor neguvernamentale (ONG-uri) vor accelera adoptarea acestei tehnologii.
  • Sistemele viitoare vor integra nu doar dizolvarea oxigenă (OD), ci și senzori pentru pH, temperatură, amoniac, turbiditate și alți senzori, creând un „IoT subacvatic” complet pentru iazuri. Algoritmii de inteligență artificială vor permite o gestionare complet automatizată și inteligentă a întregului proces de acvacultură.

Concluzie

Aplicarea senzorilor de oxigen dizolvat în acvacultura indoneziană este o poveste de succes extrem de reprezentativă. Prin monitorizarea precisă a datelor și controlul inteligent, aceasta abordează eficient principalele puncte slabe ale industriei: riscul de hipoxie și costurile ridicate ale energiei. Această tehnologie reprezintă nu doar o modernizare a instrumentelor, ci o revoluție în filosofia agriculturii, conducând industria acvaculturii indoneziană și globală către un viitor mai eficient, mai sustenabil și mai inteligent.