Filtragem e bomba de lago: dimensionar pela ração, não pelo litro

A pergunta certa não é "quantos litros", é "quanta ração"

Todo cálculo de filtro de lago que circula parte do volume: "filtro para 5.000 litros", "bomba para 10.000 litros". A literatura técnica de sistemas de recirculação não dimensiona assim. Ela dimensiona pela ração que entra por dia — e a diferença não é acadêmica.

Dois lagos de 5.000 litros, um com três kinguios e outro com dez carpas adultas, recebem cargas de amônia que diferem em dezenas de vezes — é estimativa nossa, pelo peso dos peixes: três kinguios somam poucas centenas de gramas, dez carpas adultas passam de dez quilos. O litro não sabe disso. A ração sabe: ela é a única coisa que entra no lago carregando nitrogênio, e é a única variável que você controla todo dia.

E a ração vira mais três coisas, todas com número publicado:

• Sólido. "About half the feed consumed by fish […] are excreted as solids" — metade da ração sai como resíduo sólido, e é ele que entope filtro e consome oxigênio no fundo.
• Demanda de oxigênio. A referência de lago de carpa é direta: "fish consume 100 grams of oxygen per pound of feed given" — cerca de 220 g de oxigênio por quilo de ração.
• Consumo de alcalinidade. A nitrificação acidifica a água; sem reposição, o pH cai e o filtro desacelera. Por isso a recomendação de manter alcalinidade acima de 150 mg/L como CaCO₃ em sistema de carpa com filtro.

Não sabe o volume do seu lago? A calculadora de volume e manta do lago faz a conta pela área e pela profundidade média, e já sugere a bomba que renova esse volume a cada 2 a 4 horas.

A ordem das caixas: sólido sai antes do biológico

Esta é a decisão de projeto que mais se erra e a mais barata de acertar, porque é só ordem. O material sólido tem de ser retirado antes de chegar à mídia biológica. A fonte é explícita sobre a consequência de não fazer isso: "if the recycled water is not prefiltered to remove suspended solids, trickling filters can become clogged over time".

Não é só entupimento. Sólido parado dentro da mídia biológica apodrece lá dentro, consome o oxigênio que as bactérias nitrificantes precisam e transforma o seu filtro biológico numa fonte de amônia em vez de um sumidouro. E o sólido fino é o que mais machuca o peixe: partículas abaixo de 20 micra são as mais danosas para a brânquia, e concentrações acima de 15 mg/L já causam dano em espécies sensíveis.

Dimensionar o biológico pela ração

Cada tipo de mídia processa uma quantidade diferente de ração por metro cúbico por dia. Os números abaixo são de publicações de extensão em aquicultura, não de catálogo:

Leia a tabela ao contrário e ela fica útil. Um lago cujos peixes comem 100 g de ração por dia — o que é pouco, uns poucos peixes adultos — precisa de 28 litros de mídia percoladora (0,1 ÷ 3,6 = 0,028 m³) ou de 12,5 litros de esferas pela taxa conservadora de lago (0,1 ÷ 8 = 0,0125 m³). Pela taxa de aquicultura, de 16 a 32 kg, seriam 3 a 6 litros. A mídia de melhor desempenho ocupa cerca de duas vezes menos volume no número de lago, e de quatro a nove vezes menos no de aquicultura — é por isso que ela custa mais.

O caminho sem equipamento também tem número. Para lago ornamental com poucos peixes e muita planta, a recomendação de extensão é um brejo filtrante com área igual a 10% da superfície do lago, com a água circulando por ele a cada 2 a 4 horas. É a mesma lógica de filtro biológico — mídia com bactéria e planta consumindo nutriente — resolvida com pedra, planta e desnível em vez de bomba pressurizada.

E a divergência entre as fontes, que é onde está a informação

Comparando as duas publicações, aparece uma diferença de duas a quatro vezes no mesmo tipo de filtro — e ela não é erro de ninguém. É a informação mais útil desta página.

A referência de aquicultura diz que filtro de esferas suporta 16 a 32 kg de ração por m³ por dia. A referência específica de lago de carpa dimensiona o mesmo filtro de esferas em 0,5 libra de ração por dia por pé cúbico, que dá 8 kg por m³ por dia — e declara, em letra impressa, que esse número já embute uma margem de segurança para carpa.

Por que a margem? Porque as duas publicações respondem a perguntas diferentes:

• A de aquicultura dimensiona um sistema operado profissionalmente, com monitoramento diário, oxigênio suplementar e alguém de plantão. Ali o filtro pode rodar perto do limite.
• A de lago de carpa dimensiona um sistema de quintal, com o dono viajando no fim de semana e sem sonda de oxigênio. Ali o filtro tem de aguentar o dia ruim sozinho.

Nossa escolha, e o motivo: para lago de quintal, use o número conservador — 8 kg de ração por m³ de mídia por dia para esferas e leito fluidizado, e os 3,6 kg para percolador e RBC. Quem tem monitoramento e aeração ativa pode subir; quem não tem, não deveria descobrir o limite num sábado de janeiro.

Quanta água tem de passar: a bomba

A bomba resolve duas coisas ao mesmo tempo, e elas pedem números diferentes.

Vazão pelo filtro. O filtro precisa de água na velocidade para a qual foi projetado. Para filtro de esferas, a referência de lago de carpa dá cerca de 10 galões por minuto por pé cúbico de mídia — aproximadamente 38 L/min por pé cúbico — com máximo de 15 gpm (57 L/min). Acima disso a água atravessa rápido demais para as bactérias trabalharem; muito abaixo, a mídia não recebe oxigênio suficiente.

Renovação do lago. A recomendação de lago ornamental é que o volume passe pelo sistema a cada 2 a 4 horas.

E um detalhe de posição que a fonte registra e quase todo projeto de quintal ignora: o filtro deve ficar o mais perto possível do lago, "to avoid loss of water velocity". Cada metro de mangueira e cada curva cobram vazão, e a vazão perdida é a que o filtro precisava.

O filtro não respira pelo peixe

Filtragem e aeração são equipamentos diferentes resolvendo problemas diferentes, e é comum confundi-los porque a bomba de filtro também mexe a água. Ela não basta.

A literatura de viveiro carimba quando o oxigênio vira problema: raro com água consistentemente abaixo de 15 °C, comum acima de 27 °C, e os episódios acontecem à noite, no verão. Em viveiro comercial, o gatilho de ligar aeração fica "usually 3 to 5 mg/L", e o tempo típico de operação no verão é de 3 a 6 horas por dia — de madrugada, que é quando o oxigênio chega ao mínimo.

Para quem quer um número de ar: sistemas comerciais de crescimento usam "3 cubic feet per minute of air […] for each pound of daily food ration", o que dá cerca de 187 litros de ar por minuto para cada quilo de ração diária. Num lago de quintal que serve 200 g de ração por dia, são cerca de 37 L/min de ar — o porte de um compressor de aquário grande, não de um aerador de aquário pequeno.

Os primeiros 30 dias, e o pico que assusta

Quem vem do aquário conhece o ciclo, mas o lago tem duas particularidades que valem aviso.

É mais devagar. As bactérias nitrificantes "multiply more slowly and may require as many as 30 days". Duas a três semanas é o típico; trinta dias é o realista para água mais fria. Não há atalho de "acelerador" que substitua o tempo — o que existe é semear mídia de um sistema maduro.

O pico de nitrito é maior que o de amônia. A publicação registra: "the nitrite peak is usually larger and more dangerous", tipicamente duas a três vezes o pico de amônia. É o momento em que muita gente desiste, achando que o filtro não funciona — e é exatamente o sinal de que ele começou a funcionar, porque nitrito só existe depois que a amônia foi convertida.

As faixas-alvo depois de estabilizado, para sistema de carpa: amônia e nitrito abaixo de 1,0 mg/L, pH entre 7,0 e 8,0 (as bactérias nitrificantes preferem 8,0 a 9,0, o que é mais um argumento para não deixar a alcalinidade cair).

UV: o que ele faz e o que ele não faz

O esterilizador UV resolve água verde — alga em suspensão — e não resolve mais nada do que está nesta página. Ele não substitui filtro biológico, não remove sólido, não repõe oxigênio e não trata alga presa em pedra ou em parede.

O dimensionamento publicado acompanha o tamanho do filtro, não o do lago: 25 W para um sistema de 1 pé cúbico de mídia, 40 W para 2, 120 W para 5. E ele só funciona se a água passar por dentro devagar o suficiente para receber dose — UV superdimensionado em vazão alta demais é dinheiro parado.

A rotina que mantém o número de pé

Filtro dimensionado e não mantido volta a ser filtro pequeno em poucas semanas. Para filtro de esferas, a referência dá a cadência: uma a duas retrolavagens por semana nos meses quentes, mensal no inverno, ou quando a pressão de entrada chegar a 5 a 8 psi.

E um número que corrige uma expectativa comum: "only 35 percent of the solids are removed with the first good wash". Uma retrolavagem tira cerca de um terço do sólido acumulado — o que significa que lavar uma vez e achar que limpou é o mesmo erro de sifonar um canto do aquário e declarar a TPA feita.

De onde vêm os números desta página

• Os 2,5% da ração que viram TAN, as taxas de 3,6 kg/m³/dia (percolador e RBC), 8 a 16 (leito móvel) e 16 a 32 (leito fluidizado e esferas), a metade da ração que sai como sólido, a exigência de pré-filtrar e os 187 L/min de ar por kg de ração — SRAC Publication No. 453: Recirculating Aquaculture Tank Production Systems — A Review of Component Options e a revisão de práticas de projeto da mesma série.
• O dimensionamento de filtro de esferas para carpa (0,5 lb/dia por pé cúbico), a vazão de 10 gpm por pé cúbico, a alcalinidade acima de 150 mg/L, os 30 dias de maturação, o pico de nitrito 2 a 3 vezes maior, as faixas de amônia, nitrito e pH, a tabela de UV, a cadência de retrolavagem, os 35% de sólido por lavagem, os 220 g de oxigênio por kg de ração e os limites de sólido em suspensão — R. F. Malone, Your Koi Pond, Louisiana Sea Grant (LSU-H-98-001).
• O brejo filtrante de 10% da superfície, a renovação a cada 2 a 4 horas, a posição do filtro junto ao lago e a faixa de oxigênio de 4 a 7 ppm — Ornamental Fish Ponds and Water Gardens, Texas A&M AgriLife Extension Service.
• A estação e a hora de risco, o gatilho de aeração de 3 a 5 mg/L e as 3 a 6 horas diárias de verão — SRAC Publication No. 3700: Pond Aeration.
• A escolha pelo número conservador na divergência entre as duas fontes é nossa, com o motivo escrito acima, e não de nenhuma das duas.