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¿Cómo puede mejorar un modelo de Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD) la gestión de humedales artificiales? El caso del Tancat de Milia


15/05/2024

Formación
¿Cómo puede mejorar un modelo de Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD) la gestión de humedales artificiales? El caso del Tancat de Milia

 

  • Artículo de Carla Rebollo Moll, estudiante becada por la Cátedra Aguas de Valencia
 
Los humedales artificiales, también conocidos como humedales de depuración, son ecosistemas diseñados para imitar el funcionamiento de los humedales naturales. Su función principal es reducir el impacto ambiental mediante el tratamiento de aguas residuales y pluviales, además de controlar inundaciones urbanas y proporcionar refugio para la fauna y flora autóctonas.
 
En estos últimos años, los humedales artificiales se han convertido en una herramienta vital para la sostenibilidad ambiental de recursos hídricos, por ello, es necesario gestionar estos sistemas de la manera más eficiente posible.
 
En este contexto, los modelos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) pueden ser un gran aliado, ya que permiten evaluar la hidráulica del sistema y detectar ineficiencias que afecten de manera directa al funcionamiento del humedal.
 
“Un modelo CFD es una herramienta que permite predecir el comportamiento de un flujo por medio de cálculos numéricos”
 

Pero, ¿qué son realmente los modelos CFD?

 
Como aclaración, un modelo CFD es una herramienta que permite predecir el comportamiento de un flujo por medio de cálculos numéricos. Estos cálculos se basan en resolver las ecuaciones derivadas parciales de Navier-Strokes, que rigen el comportamiento de los fluidos.
 
Su aplicación es bastante habitual en ámbitos como la ingeniería aeroespacial o la automoción, en los últimos años su uso se ha extendido a sectores como la ingeniería ambiental o la biomedicina. Si bien, estos modelos se han empleado previamente en estudios de tratamiento de aguas, la incorporación de esta tecnología en la gestión un humedal artificial representa un enfoque innovador que se aleja bastante de uso convencional.
 
“El principal desafío que plantea una gestión adecuada de los humedales radica en su diseño y mantenimiento”
 

Los desafíos en el diseño y gestión de humedales artificiales

 
El principal desafío que plantea una gestión adecuada de los humedales radica en su diseño y mantenimiento. Esto es debido a la naturaleza variable del comportamiento hidráulico del flujo, dado que la base del terreno no es firme. Esta inestabilidad del terreno dificulta la monitorización precisa del flujo, generando un desconocimiento sobre lo que ocurre en ciertas secciones del humedal.
 
Además, existen otros factores que provocan distribuciones no uniformes del flujo como la acumulación de sedimentos, el crecimiento excesivo de la vegetación o la obstrucción de los canales de distribución.
 
Estos factores pueden derivar en la generación de zonas demasiado someras o profundas que impidan un desarrollo óptimo de la vegetación, y pueden propiciar la aparición de zonas estancadas, anaerobiosis, bajas eficiencias depurativas y perjuicios para la biodiversidad.
 
“Aplicar un modelo CFD nos permite simular de manera detallada el comportamiento interno del flujo considerando factores como la topografía del terreno o la distribución vegetación”
 

Las ventajas de aplicar un modelo CFD en un humedal artificial

 
No obstante, aplicar un modelo CFD en la gestión de un humedal artificial nos permite simular el flujo de agua y calcular los campos de presión y velocidad, lo que proporciona información relevante sobre el transporte de contaminantes, la aparición de zonas muertas o la calidad del agua relacionada con los tiempos de permanencia, etc. De hecho, este modelo nos permite simular de manera detallada el comportamiento interno del flujo considerando factores como la topografía del terreno o la distribución vegetación.
 
Estas funciones facilitan la visualización de manera gráfica de la distribución del flujo y los contaminantes a través del humedal, obteniendo datos sobre la velocidad, dirección y tiempos de permanencia del agua en diferentes áreas.
 
 
Visualización gráfica de la distribución del flujo y los contaminantes a través del humedal
 
 
Posteriormente, esta información puede ser empleada para detectar ineficiencias en el diseño, zonas de flujo estancada o excesivo, o una baja eficiencia del filtrado de los contaminantes.
 

Su implementación en el humedal artificial del Tancat de Milia

 
En el caso del humedal artificial del Tancat de Milia, el modelo CFD también se puede utilizar para predecir el comportamiento del flujo, partiendo de un caso inicial basado en las variables de caudales y niveles actuales. A partir de este, es posible generar distintos escenarios hipotéticos, con condiciones ambientales diferentes, sin necesidad de realizar costosas y complejas pruebas físicas o estrategias fallidas de lenta subsanación.
 
Todo ello, nos permitirá conocer cuál es la manera más efectiva de distribuir el agua eliminando las zonas de estancamiento, maximizando la eliminación de contaminantes y aumentando la eficiencia del humedal. Además, seleccionar de manera adecuada la ubicación y el tipo de vegetación empleada puede ser crucial para optimizar los recursos hídricos.
 
“Un modelo CFD ahorra tanto costes de implementación como tiempo de gestión, permitiendo a los gestores proponer mejoras en las instalaciones”
 
En definitiva, un modelo CFD permite ahorrar tanto costes de implementación como tiempo de gestión, permitiendo a los gestores proponer mejoras en las instalaciones y tomar decisiones basadas en la información proporcionada por el modelo desarrollado en el trabajo becado por la Cátedra Aguas de Valencia. Sin duda, un aspecto especialmente importante en contextos donde los recursos económicos y hídricos son limitados y las decisiones deben maximizar los beneficios ambientales y económicos derivados de las actuaciones desarrolladas.
 

Fuente www.upv.es/contenidos/CATAGUAS


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