Mantener una temperatura óptima del agua es primordial en la acuicultura. Tradicionalmente, la selección de equipos para regular la temperatura del agua en los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) ha sido un proceso complejo. Este enfoque, que se basa principalmente en el volumen del estanque de peces, los cálculos de parámetros térmicos y la experiencia en acuicultura, a menudo produce resultados inexactos debido a la influencia de factores ambientales, el clima y las especies de peces.
Reconociendo esta limitación, un reciente estudio desarrollado por investigadores de la Dalian Ocean University (China) propone la aplicación de la simulación CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) del campo de temperatura para calcular con precisión el valor del intercambio de calor entre el aire interior y el agua. Esto permite predecir los valores de intercambio de calor durante las actividades de acuicultura en el RAS, proporcionando un nuevo enfoque para la selección de equipos.
¿Qué es la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)?
La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) es una tecnología que utiliza métodos numéricos para simular el movimiento de fluidos, transferencia de calor y procesos de transferencia de masa. Comparada con los cálculos de consumo energético para la selección tradicional de equipos de control de temperatura del agua, la simulación CFD puede establecer un modelo matemático más detallado basado en la situación real. Considera varios factores que afectan el campo de temperatura, como la radiación solar, la temperatura del agua, la ubicación del taller y los cambios de temperatura exterior a lo largo del tiempo, mejorando así la precisión de los cálculos.
Un nuevo enfoque: simulación CFD para precisión
Para abordar estas limitaciones, los investigadores han aprovechado el poder de la simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD). Al calcular con precisión el intercambio de calor entre el aire interior y el agua, la CFD ofrece un método preciso para predecir los valores de intercambio de calor durante las actividades de acuicultura. Este enfoque innovador proporciona una base sólida para seleccionar el equipo de control de temperatura del agua más adecuado.
Al construir un modelo 3D detallado que tiene en cuenta la temperatura exterior, la radiación solar y la transferencia de calor por cambio de fase en el agua, los investigadores han desarrollado una poderosa herramienta para optimizar el control de la temperatura del agua.
Caso de estudio: RAS para la cría de peces globo
La selección del equipo de control de temperatura del agua adecuado es crucial para la rentabilidad y la sostenibilidad de los sistemas de recirculación para la acuicultura. Los métodos tradicionales a menudo conducen a equipos de tamaño superior o inferior al necesario, lo que da como resultado un mayor consumo de energía y una menor eficiencia.
Un sistemas de recirculación en acuicultura para la cría de peces globo en Dalian sirvió como banco de pruebas para esta investigación. Los investigadores desarrollaron un modelo CFD en estado inestable en 3D, que incorpora la temperatura exterior, la radiación solar y la transferencia de calor por cambio de fase en el agua. La precisión del modelo se validó con datos experimentales, lo que demostró un error cuadrático medio de solo 0,46 °C.
Carga máxima de refrigeración y recomendación de equipos
La simulación reveló que la carga de refrigeración más alta se produce a las 16:00 horas durante el verano y alcanza unos sustanciales 94,6 kW. En función de estos hallazgos, se recomendó una bomba de calor geotérmica Daikin GCHP-40MAH como el equipo de control de temperatura del agua óptimo. Las simulaciones CFD posteriores a la instalación confirmaron la eficacia del equipo para dar forma al campo de temperatura interior.
Beneficios e implicaciones clave
- Mayor precisión: La simulación CFD proporciona un método más preciso para calcular los valores de intercambio de calor, lo que conduce a una mejor selección de equipos.
- Ahorro de costos: La selección optimizada de equipos puede reducir la inversión en sistemas de control de temperatura del agua.
- Mejora de la salud y la productividad de los peces: Mantener una temperatura óptima del agua es crucial para la salud y el crecimiento de los peces.
- Avances en la industria: Esta investigación ofrece una valiosa referencia para la industria de la acuicultura a la hora de seleccionar equipos de control de temperatura del agua.
Al adoptar la simulación CFD como herramienta para la selección de equipos, las instalaciones de acuicultura pueden mejorar significativamente sus operaciones, mejorar el bienestar de los peces y lograr una mayor sostenibilidad.
Conclusión
La integración de la simulación CFD en la selección de equipos de control de temperatura del agua representa un avance significativo en la acuicultura moderna. El estudio del RAS para la cría de pez globo en Dalian demuestra cómo esta tecnología puede transformar la eficiencia y la precisión en el diseño de instalaciones acuícolas, proporcionando un modelo a seguir para futuros proyectos en la industria.
En este sentido, las principales conclusiones del estudio incluyen:
Precisión y Eficiencia del Modelo CFD
- Modelo preciso: El modelo CFD 3D desarrollado puede simular con alta precisión la distribución de temperatura del aire dentro de un taller de acuicultura recirculante, considerando factores como temperatura exterior, radiación solar y cambio de fase del agua.
- Validación exitosa: La comparación con datos experimentales mostró una excelente concordancia, lo que valida la efectividad del modelo en describir las variaciones temporales y espaciales de la temperatura del aire.
Identificación de la Carga Térmica
- Pico de carga térmica: El estudio determinó que la carga de enfriamiento máxima en el taller durante el verano ocurre a las 16:00 horas, alcanzando los 94.6 kW.
- Distribución de temperatura: Se observó una distribución de temperatura bastante uniforme en el taller debido a la convección natural.
Optimización del Sistema de Control de Temperatura
- Selección precisa de equipo: El uso del modelo CFD para simular la temperatura del aire después de instalar el equipo de control de temperatura permite seleccionar el equipo adecuado de manera científica.
- Referencia para otros talleres: El método empleado en este estudio puede servir como referencia para la selección de equipos de control de temperatura en otros talleres de acuicultura.
En resumen, el estudio demuestra la utilidad de la simulación CFD como herramienta para optimizar el diseño y operación de talleres de acuicultura, especialmente en lo referente al control de temperatura.
Contacto
Du Ping
College of Mechanical and Power Engineering, Dalian Ocean University
Dalian, Liaoning, China
Email: xu.ziyun00qq852741@hotmail.com
Referencia (acceso abierto)
Ziyun X, Ping D, Jiacheng W, Leyao L, Kairui C (2024) Optimizing heat pump unit selection for recirculating aquaculture workshops through computational fluid dynamics. PLoS ONE 19(7): e0299997. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0299997
