OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS HIDRODINÁMICOS EN EL DISEÑO DE ESTANQUES DE ACUACULTURA, APLICANDO DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL

Abstract

El uso racional del agua conlleva a la aplicación de tecnologías nuevas que permitan su optimización de manera eficiente. Una de las actividades de mayor demanda y uso continuo del agua es la acuicultura, para la cría y engorda de peces donde es necesario contar con un volumen de agua con características fisicoquímicas que beneficien el sano desarrollo de la biomasa. En las últimas décadas se han desarrollado alternativas de sistemas para la cría de peces. Una de ellas es el uso de los sistemas de recirculación acuícola (SRA). Estos sistemas son un conjunto de componentes conectados entre sí para la recirculación y tratamiento de hasta un 99% del agua. Sin embargo, uno de los principales problemas es la calidad del agua, principalmente la eliminación de sólidos, que implica que los costos de tratamiento sean altos. El componente principal de un SRA es el estanque, donde se lleva a cabo el crecimiento de los peces y la generación de la mayor cantidad sedimentos producto de las heces y alimento no consumido por los peces, los cuales perjudican la calidad del agua e incrementan el consumo de oxígeno elemento vital para su desarrollo. También es importante la hidrodinámica del estanque, principalmente para eliminar los sólidos de manera natural y para el sano crecimiento de los peces. La hidrodinámica dentro del estanque está fuertemente influenciada por la geometría del estanque y los componentes de entrada y salida del flujo. La configuración de estos parámetros debe estar en armonía con el sano crecimiento de los peces y la auto-limpieza del sistema. En esta investigación se llevó a cabo el análisis de un SRA para establecer criterios de diseño del estanque de cultivo de peces. El análisis fue orientado a mantener una hidrodinámica óptima para el sano crecimiento de los peces, considerando la eficiencia en la sedimentación de sólidos y aireación dentro del estanque. Se propusieron estructuras geométricas como un sedimentador concéntrico con rejillas perimetrales, viii cono de salida del flujo para disminución de velocidad y dispositivos Venturi para la aireación del agua en el estanque. Con el uso de CFD se evaluaron distintas variaciones de la geometría del estanque y sus componentes y se identificó aquellos que permitieron la hidrodinámica óptima para el crecimiento de los peces, la auto-limpieza y oxigenación del agua dentro del estanque. El considerar el análisis como flujos bifásicos tanto solido-liquido como liquido-aire, utilizando los modelos de fase discreta (DPM) y de mezcla (MIXTURE) a través de CFD, resulto acertado ya que permitieron estimar las concentraciones de partículas sólidas y oxigenación del agua. Con los resultados obtenidos en la presente investigación se estableció una guía metodológica básica para el dimensionamiento geométrico e hidráulico de un estanque acuícola con características de autolimpieza y aireación no asistida. Con las recomendaciones descritas se garantiza un correcto funcionamiento hidrodinámico y una eficiencia de remoción de sólidos de hasta un 75% dentro del estanque.