La integridad estructural y la seguridad operativa de las jaulas empleadas en la acuicultura dependen crucialmente de cómo interactúan con las fuerzas del océano, especialmente las corrientes. La resistencia o arrastre que ejerce una red sumergida constituye la mayor parte de las cargas hidrodinámicas totales sobre la jaula, llegando a representar cerca del 85% en diseños tradicionales. Comprender a fondo estas cargas no es solo una cuestión de diseño eficiente, sino una necesidad para garantizar la seguridad y aplicabilidad de las jaulas de cultivo.
A pesar de su importancia, existe una necesidad de investigar más a fondo cómo diversos parámetros —materiales de la red, tipo de malla, relación de solidez y ángulo de ataque respecto a la corriente— influyen en estas cargas hidrodinámicas. Un estudio reciente, publicado por investigadores del Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science, del China Ship Scientific Research Center y de la Harbin Engineering University, se ha enfocado precisamente en desentrañar estas relaciones mediante ensayos en tanques de flujo controlado, ofreciendo datos valiosos para el sector. Este artículo traduce esos hallazgos clave a un lenguaje accesible, destacando sus implicaciones prácticas para los profesionales de la acuicultura.
¿Cómo se investigaron las cargas en las redes?
Para entender cómo diferentes tipos de redes se comportan bajo la influencia de las corrientes, los investigadores realizaron una serie de experimentos en un tanque de flujo. El objetivo del estudio publicado en la revista Scientific Reports era medir la fuerza de arrastre en seis tipos distintos de paños de red, variando tanto la velocidad como la dirección de la corriente.
Los investigadores seleccionaron redes que diferían en:
- Material: Cobre, acero, nylon y polietileno (PE).
- Forma de la malla: Romboidal y cuadrada.
- Características geométricas: Como el diámetro del hilo y la longitud del mismo, lo que resulta en diferentes relaciones de solidez (la proporción del área total de la red que está bloqueada por los hilos).
Los paños de red se extendieron sobre un marco cuadrado para minimizar la deformación por la corriente y se sumergieron completamente. Un sensor tridimensional midió las fuerzas ejercidas sobre el conjunto (marco y red). Luego, restaron la fuerza medida solo sobre el marco para obtener la carga neta sobre el paño de red.
Además, los investigadores probaron diferentes velocidades de corriente, desde 0.3 m/s hasta 1.5 m/s. Además, se evaluaron dos ángulos de ataque (AOA) principales: 90° (cuando la red está perpendicular a la corriente) y 45° (inclinada). Estos experimentos, aunque de naturaleza cuasi-estática (cambios graduales en las condiciones de flujo), permiten simular las condiciones operativas de las redes.
¿Qué factores realmente influyen en la resistencia de las redes?
Los resultados del estudio revelan que la resistencia y el coeficiente de arrastre de una red no dependen únicamente de la velocidad de la corriente y el área expuesta, sino también de la forma de la malla, la relación de solidez y las propiedades del material.
- Velocidad de la corriente: Como era de esperar, la resistencia de la red aumenta con la velocidad del flujo, siguiendo una relación cuadrática. Esto significa que pequeños incrementos en la velocidad pueden generar aumentos sustanciales en la fuerza.
- Forma de la malla: Este factor tiene un impacto significativo. Las redes con malla en forma de rombo (diamante) experimentaron una resistencia entre 1.5 y 1.7 veces mayor que las redes con malla cuadrada, incluso con relaciones de solidez y materiales similares. Esto es consistente con otros estudios que reportaron un aumento de 1.6 veces. El coeficiente de arrastre también fue mayor para las mallas de rombo. Las posibles explicaciones incluyen diferencias en la estela que se forma detrás de la red y cómo se reconfigura la malla cuadrada ante el flujo.
- Relación de solidez (Sn): La solidez de la red (cuánto espacio ocupa el material de la red en relación con los huecos) influye más en la resistencia que el tipo de material en sí mismo, en algunos casos. Por ejemplo, hubo una diferencia de resistencia insignificante entre una red de cobre (N1, Sn=0.31) y una de acero (N2, Sn=0.29) con solidez similar. De manera interesante, el efecto de la solidez sobre el coeficiente de arrastre varía según la forma de la malla: para mallas de rombo, el coeficiente de arrastre disminuye al aumentar la solidez; para mallas cuadradas, aumenta.
- Material de la red y flexibilidad: Aunque la solidez puede ser más dominante, el material importa, especialmente por su flexibilidad. La red de nylon (N3), a pesar de tener una solidez un 14% menor que una de acero (N4), mostró una diferencia de fuerza de solo 0.6%. Esto sugiere que la flexibilidad del nylon y su potencial de deformación bajo la corriente incrementan la resistencia. La deformación puede aumentar la superficie mojada efectiva y alterar la interacción de la red con el agua, expandiendo la región de turbulencia alrededor de los hilos y, por ende, el arrastre. Las redes de nylon también mostraron coeficientes de arrastre más altos comparadas con las de acero y polietileno de solidez similar.
- Ángulo de ataque (AOA): Este es uno de los factores más influyentes. Reducir el ángulo de ataque de 90° (perpendicular al flujo) a 45° resultó en una disminución sustancial de la resistencia: aproximadamente un 50% para las redes de malla romboidal y entre un 25-35% para las de malla cuadrada. Un AOA menor presenta un área frontal más pequeña al flujo, modifica el patrón de flujo y extiende la región de estela con menor velocidad, disminuyendo así el coeficiente de arrastre general. El coeficiente de arrastre disminuye al reducir el AOA, y la magnitud de esta reducción depende de la forma de la malla.
En resumen, las redes de malla romboidal generan más resistencia que las cuadradas. Mayor ángulo de ataque y mayor solidez también incrementan las cargas fluidas. El material de nylon puede aumentar la resistencia debido a la deformación de la red y la expansión de la turbulencia.
Implicaciones para el diseño y la operación en acuicultura
Los hallazgos del estudio tienen implicaciones directas para el diseño y la selección de redes en instalaciones acuícolas:
- Selección del tipo de malla: Para entornos con corrientes fuertes, las redes de malla cuadrada podrían ser preferibles a las de malla romboidal debido a su menor resistencia hidrodinámica, asumiendo otros factores como la contención de peces y el biofouling sean comparables.
- Consideración del material: Si bien los materiales rígidos como el acero o el cobre pueden ofrecer durabilidad, la flexibilidad del nylon puede ser una desventaja en términos de cargas hidrodinámicas si la deformación es significativa. La elección del material debe balancear la resistencia, durabilidad, costo, manejo y su comportamiento hidrodinámico.
- Diseño según la solidez: Una menor solidez generalmente implica menor resistencia, pero esto debe equilibrarse con la necesidad de contener a los organismos cultivados y resistir daños. El estudio muestra que la relación entre solidez y coeficiente de arrastre no es simple y depende de la forma de la malla.
- Orientación de las jaulas: Si es posible, orientar las jaulas o los paños de red de manera que presenten un menor ángulo de ataque a las corrientes predominantes podría reducir significativamente las cargas sobre las estructuras y los sistemas de fondeo.
- Modelos de predicción: El estudio también comparó los datos experimentales con varios modelos teóricos existentes para predecir los coeficientes de arrastre. Se encontró que ningún modelo único predice con precisión el coeficiente de arrastre para todos los tipos de redes.
- El modelo de Zhan et al. es efectivo para redes de malla romboidal con números de Reynolds entre 400 y 2000.
- Para redes de malla cuadrada de nylon con solidez intermedia (0.2 < Sn < 0.8), los modelos de Balash et al. y Milne son más precisos.
- El modelo de DeCew et al. es más adecuado para redes de acero.
- Para redes de malla cuadrada con baja solidez (Sn < 0.2), solo el modelo de Aarsnes et al. ofrece errores por debajo del 20%. Esta información es crucial para los ingenieros y diseñadores al seleccionar el modelo más apropiado según el tipo de red y las condiciones específicas, mejorando la precisión en el cálculo de cargas.
Conclusión
La investigación sobre las cargas hidrodinámicas en diferentes tipos de redes de acuicultura proporciona datos fundamentales para optimizar el diseño de las jaulas y asegurar su operatividad. Factores como la forma de la malla, la solidez, el material y el ángulo de ataque a la corriente juegan un papel determinante en la magnitud de estas fuerzas.
Entender que las mallas romboidales ofrecen mayor resistencia que las cuadradas, que la flexibilidad del nylon puede incrementar el arrastre debido a la deformación, y que el ángulo de ataque es un modificador potente de las cargas, permite tomar decisiones más informadas.
Además, la validación de modelos predictivos según el tipo de red y las condiciones de operación ayuda a refinar los cálculos de ingeniería, contribuyendo a estructuras más seguras, duraderas y económicamente viables para el creciente sector acuícola. La continuación de estas investigaciones es clave para enfrentar los desafíos de una industria en expansión.
Contacto
Yuji Miao
Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science
Wuxi, Jiangsu, China
China Ship Scientific Research Center
Wuxi, Jiangsu, China
Email: miaoyuji@cssrc.com.cn
Referencia (acceso abierto)
Xu, L., Miao, Y., Wu, X., Li, P., & Qin, H. (2025). Experimental investigation on loads of nets with different types under current. Scientific Reports, 15(1), 1-11. https://doi.org/10.1038/s41598-025-99615-3
Editor de la revista digital AquaHoy. Biólogo Acuicultor titulado por la Universidad Nacional del Santa (UNS) y Máster en Gestión de la Ciencia y la Innovación por la Universidad Politécnica de Valencia, con diplomados en Innovación Empresarial y Gestión de la Innovación. Posee amplia experiencia en el sector acuícola y pesquero, habiendo liderado la Unidad de Innovación en Pesca del Programa Nacional de Innovación en Pesca y Acuicultura (PNIPA). Ha sido consultor senior en vigilancia tecnológica, formulador y asesor de proyectos de innovación, y docente en la UNS. Es miembro del Colegio de Biólogos del Perú y ha sido reconocido por la World Aquaculture Society (WAS) en 2016 por su aporte a la acuicultura.
