Análisis de la distribución espacial de un colector de residuos acuícolas particulados para jaulas flotantes usando herramientas de modelamiento computacional

Abstract

La gestión adecuada de residuos sedimentables es un desafío que enfrenta a diario la acuicultura en jaulas flotantes, particularmente en aguas someras con limitado flujo, producto de las constantes descargas de desechos orgánicos asociados a los procesos de alimentación, que viajan a través de la columna de agua y se acumulan en los sedimentos cercanos. Este estudio establece un modelo multifase en estado estacionario, que permite analizar la influencia de la fase líquida en la dispersión de distintas partículas sólidas liberadas desde una jaula flotante en un medio acuático de comportamiento estable, donde no se presentan cambios fluidodinámicos significativos en el tiempo. Consiste en un conjunto de métodos de dinámica de fluidos computacional (CFD) y modelos de fases discretas (DPM), acoplados con el modelo de turbulencia k-ε realizable y el método de salto poroso, con el propósito de evaluar numéricamente el desempeño de un colector de residuos acuícolas al variar su distribución espacial, en condiciones de flujo estándar (0.006m.s-1 y 0.138m.s-1 ). Los resultados obtenidos indican que disponer el colector bajo la jaula emisora a una profundidad de 2.5m presenta el mejor rendimiento en condiciones de flujo léntico, mientras que ubicarlo a más de 10m aguas abajo conlleva a la pérdida total de su capacidad de recolección, según la diversidad y abundancia de los contaminantes capturados. Finalmente, se confirma que la interacción entre la velocidad de flujo, el tamaño de partícula y la distancia de instalación del colector causa el mayor efecto significativo sobre las tasas de recolección, sedimentación y escape. (Texto tomado de la fuente).

The proper management of settleable waste is a challenge that aquaculture in floating cages faces daily, particularly in shallow waters with limited flow, as a result of the constant discharges of organic waste associated with the feeding processes, which travel through the water column and accumulate in nearby sediments. This study establishes a multiphase steady-state model, which allows analyzing the influence of the liquid phase on the dispersion of different solid particles released from a floating cage in an aquatic environment with stable behavior, where no significant fluid dynamic changes occur over time. It consists of a set of computational fluid dynamics methods (CFD) and discrete phase models (DPM), coupled with the realizable k-ε turbulence model and the porous jump method, for the purpose of numerically evaluating the performance of an aquaculture waste collector by varying its spatial distribution, under standard flow conditions (0.006m.s-1 and 0.138m.s -1 ). The results obtained indicate that placing the collector under the emitter cage at a depth of 2.5m presents the best performance, while locating it more than 10m downstream leads to the total loss of its collection capacity, according to the diversity and abundance of the contaminants captured. Finally, it is confirmed that the interaction between flow velocity, particle size and collector installation distance causes the highest significant effect on collection, sedimentation and escape rates.