Resumen:
El uso de nuevas tecnologías como la iluminación LED (Light Emitting Diode) y la
tecnología biofloc (BFT) permiten mejorar la eficiencia y la sostenibilidad en la producción
acuícola. Los sistemas acuícolas con BFT no requieren intercambio de agua, por lo cual, los
residuos orgánicos se acumulan y degradan en el estanque, lo que genera condiciones ideales
para la formación de comunidades microbianas, llamadas bioflocs. Los bioflocs, son
conglomerados de microbios, algas, protozoos, detritus y partículas orgánicas, que al ser
alimentados con carbohidratos (azúcar, almidón, melaza, harina de yuca, etc.) se ven forzados
a tomar el nitrógeno inorgánico presente en el agua del tanque para poder producir la proteína
requerida para su crecimiento y multiplicación celular, lo que a su vez mejora la calidad del
agua. Posteriormente, estos bioflocs, si se mantienen en suspensión en el agua, sirven como
alimento para los peces, complementando así la alimentación y reduciendo a su vez la compra
de alimentos comerciales. Además, con el desarrollo de nuevas tecnologías como la iluminación
LED se puede mejorar la producción en sistemas acuícolas. Los LEDs son fuentes de luz de
alta eficiencia en la conversión de energía, vida de larga duración, baja emisión de calor, bajo
consumo eléctrico, intensidad de luz ajustable, robustos, y resistentes al medio ambiente. A su
vez, las lámparas LED de colores permiten obtener iluminaciones con longitudes de ondas
específicas.
Es por esto, que en esta investigación se propone la implementación de sistemas de
iluminación LED en sistemas intensivos de tilapia con BFT con el propósito de mejorar la
producción, el crecimiento y la composición nutricional de las tilapias, y de los bioflocs como
fuente de alimento para las tilapias. Además, con el propósito de monitorear la concentración
de biofloc, en esta tesis también se propone un nuevo método para monitorear la turbidez y los
sólidos suspendidos totales (TSS). Por esta razón, la tesis se divide en dos fases: la primera fase
evalúa el efecto de la longitud de onda (color) en el crecimiento y la composición nutricional
de la tilapia, y también el efecto de la luz de color en los bioflocs como fuente de alimento para
los peces. Esta etapa fue realizada a través de un experimento piloto con alevines de tilapia de
0.242g. La experimentación duro 73 días, y en esta, tres tanques fueron iluminados con luz
natural (luz proveniente del sol) y lámparas LED cuyas longitudes de onda (𝜆) fueron 627.27
nm para luz roja, 513.33 nm para luz verde, y 451.67 nm para la luz azul. La intensidad de luz
utilizada en las tres lámparas fue de 0.832 𝑚𝑊 𝑐𝑚2 ⁄ , y el régimen de luz utilizado (fotoperiodo) 4
fue de 18 horas de luz y 6 horas de oscuridad. También, un cuarto tanque fue utilizado como
tanque de control o tanque testigo, y estuvo solo iluminado con luz proveniente del sol (luz
natural). Los resultados obtenidos en esta fase mostraron un efecto significativo de la longitud
de onda sobre el crecimiento de las tilapias, y la composición nutricional de las tilapias y los
bioflocs.
Por su parte, la segunda fase de esta investigación se centró en monitorear la
concentración de biofloc en el agua. En específico, se desarrolló una nueva técnica de medición
de sólidos suspendidos y turbidez, a través de un sistema de iluminación LED, un teléfono
celular, y el uso de redes neuronales convolucionales. En esta fase, se implementó una red
convolucional con arquitectura AlexNet (modelo pre-entrenado) y una regresión lineal múltiple
(MLR) para estimar valores de TSS y turbidez, basándose en las partículas suspendidas de una
muestra liquida. Para esto, la muestra fue iluminada con luz LED blanca, roja, verde y azul,
con el fin de evaluar con que color de luz la red neuronal obtenía una mayor precisión para
estimar el número total de partículas suspendidas. Los resultados obtenidos en esta fase
muestran un método de medición de alta precisión, y en el cual se reduce la intervención
humana y los costos para realizar mediciones de TSS y turbidez. Este sistema fue diseñado para
monitorear en un futuro la concentración de biofloc en la acuicultura, y probado mediante el
monitoreo de la concentración de alimento para peces en el agua. Sin embargo, con
adaptaciones adecuadas, el método podría ser utilizado en otras áreas donde se requiera evaluar
la calidad del agua potable, la calidad del agua utilizada para el consumo humano, la evaluación
de aguas con residuos industriales, etc.