SIFÃO DE BELL EM AQUAPONIA

O sistema aquapônico permite interdisciplinar componentes curriculares que abordam o cultivo de plantas com física. Sobre este último componente aborda-se a lei de Stevin sobre a pressão atmosférica e nos líquidos, utilizada em estudos de hidrostática com vasos comunicantes (líquido que está em recipientes interligados, sendo cada um deles de formas e capacidades diversas), observando as grandezas massa específica (densidade), aceleração gravitacional local (g) e altura da coluna de líquido (h).

O sistema aquapônico ou a aquaponia é a “união” entre a criação de peixes (piscicultura) e o cultivos de plantas sem o uso de solo, com as raízes submersas na água (hidroponia). Esse sistema resolve um problema da piscicultura solucionando um problema da hidroponia. O excremento produzido pelos peixes é rico em nutrientes que alimentam as plantas que por sua vez filtram a água para o peixe. Os dois sistemas citados anteriormente estão separados e interligados por bombeamento de água contendo fezes de peixe para o sistema hidropônico, o qual devolve a água ao tanque dos peixes.

Figura 1. Esquema de um sistema aquapônico

FONTE: http://www.anarquista.net/aquaponia-o-que-e-como-funciona-e-como-fazer/nar legenda

O sistema de filtragem da aquaponia consiste em elementos filtrantes de particulados e filtro biológico. O filtro biológico pode ser feito com uma série de materiais (pedaços de tijolos triturados, vermiculita, brita, telha usada entre outros), sendo um componente externo no sistema ou a própria “cama” de cultivo de plantas, a qual sustenta o radicular das plantas, retém compostos orgânicos provenientes do metabolismo dos peixes e do desenvolvimento de algas e outros microorganismos na água, e permite que se desenvolvam nele microorganismos decompositores do material orgânico; nesse caso é importante ressaltar a presença no filtro biológico de bactérias do gênero nitrossomona e nitrobacter que transformam a amônia liberada das fezes dos peixes em nitrato.

Figura 2. Esquema do sistema de filtro biológico na própria cama de cultivo

FONTE: http://aquaponicsphilippines.com/aquaponics-diagram/

É importante na aquaponia que as raízes das plantas passem por um período rápido de alagamento para absorção de nutrientes na cama de cultivo, e outro período rápido de drenagem da cama de cultivo, permitindo a respiração das mesmas. Essa ação pode ser implantada por um sifão de Bell.

Sifões são capazes de transportar líquidos de cotas maiores para cotas menores, passando por um ponto mais alto. Começa a funcionar quando a gravidade puxa a coluna de água do lado de fora para baixo, criando uma diferença de pressão que direciona o fluxo para dentro do cano, dando continuidade ao ciclo até que todo o fluído no interior do recipiente mais elevado seja transferido. A diferença de pressão entre os pontos considerados na mangueira é igual ao produto da massa específica da água, da aceleração da gravidade e do desnível das superfícies da água nos dois recipientes.

Figura 3. Esquema de funcionamento dos sifões

FONTE: Adaptado de http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=7657

Assim, tem-se P1 e P2 são as pressões absolutas (pressão hidrostática + pressão atmosférica) dentro da mangueira ao nível da água do recipiente sobre a mesa e dentro da mangueira ao nível da água no recipiente no piso respectivamente. São determinadas pelas equações P1 = Patm+dgh, em que: Patm = pressão atmosférica, d = massa especifica da água, g = aceleração da gravidade e h = altura da coluna de água acima do nível do recipiente e P2 = Patm+dgH, em que: Patm = pressão atmosférica, d = massa especifica da água, g = aceleração da gravidade e H = altura da col una de água dentro da mangueira em relação a o recipiente no piso. Portanto, fisicamente explicando, na aquaponia, crias-se uma diferença de pressão entre a hidroponia e a pisicultura.

Frente ao postulado, na cama de cultivo de plantas o nível da água sobe até a “boca” do cano localizado no interior do sifão, alagando a região das raízes com água contendo nutrientes. Quando sai por esse cano cria-se uma diferença de pressão com o exterior que puxa a água ao seu exterior, ou seja, da cama de cultivo até esvaziá-la permitindo que as raízes respirem.

Figura 4. Esquematização da saturação e drenagem da cama de cultivo em um sistema de aquaponia

FONTE: Adaptado de http://www.fazfacil.com.br/jardim/aquaponia-alimentacao-sustentavel/

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Abaixo algumas imagens obtidas no teste de um sifão de Bell durante sua montagem.

Figura 5. Imagens obtidas no teste de um sifão de Bell durante sua montagem

FONTE: Autoria própria

Fornecendo-se alguns valores é, portanto, possível estabelecer a diferença de pressão absoluta (P) entre o ponto de escoamento da água do sitema hidropônico até a descarga do sistema de piscicultura. De acordo as alturas H e h da figura 6 e os valores da aceleração da gravidade (g = 10 m s^-2) e da massa específica do líquido (d = 1.000,0 kg m^-3), tem-se:

Figura 6. Sistema aquapônico

FONTE: Autoria própria

• P sist. hidrop. = 101.991,32Pa+1.000,00kg m^-3*10m s^-2*0,00m=101.991,32 Pa;
• P descarga = 101.991,32Pa+1.000,00kg m^-3*10m s^-2*0,30m=104.991,32 Pa;
• Dif. Pres. absoluta = 104.991,32Pa-101.991,32Pa=3.000Pa ou 0,03atm.

O “h” para cálculo de P no sistema hidropônico é 0 (Figura 6) pelo fato do não uso de mangueiras perpassando por um nível acima do nível da água no sistema hidropônico. Ainda, importante lembrara, que o experimento foi montado em Brasília-DF, localizada em uma altitude média de 1.000 m, correspondente a pressão atmosférica de 675 mmHg, 101.991,32 Pa ou 1,01 atm.