Modelación numérica de corrientes salinas inducidas por salmuera de desalinización en la zona costera de la planta desalinizadora minera Candelaria, Región de Atacama

Abstract

La actual escasez del recurso hídrico se manifiesta en el crecimiento exponencial de infraestructura de desalinización, que busca satisfacer de agua dulce a la comunidad e industrias. Esta expansión genera que los flujos de rechazo (salmuera), producidos como un subproducto del proceso de desalinización, también aumenten. En general, dichos flujos son devueltos al mar, alterando la dinámica costera y condiciones naturales de desarrollo de vida marina. Ante esto, el presente estudio tiene por objetivo construir un modelo numérico en el software OpenFOAM, para evaluar la dilución de chorros de salmuera eyectados a través de un sistema difusor multipuerto. La zona de estudio abarca el sector costero donde ocurren las descargas de salmuera de la planta desalinizadora Minera Candelaria. Las simulaciones utilizan las ecuaciones promediadas de Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS por sus siglas en inglés), con el modelo de turbulencia k-\epsilon para el cierre de turbulencia. El análisis del fenómeno físico contempla un modelo bidimensional y uno tridimensional. Para este último, las simulaciones involucran la variabilidad en corrientes ambientales, con una velocidad U_a. Los resultados fueron comparados con modelos comerciales y con experimentos de chorros densos inclinados de Baum & Gibbes (2020), como una forma de validarlos. En relación con los modelos comerciales, el modelo numérico entregó dimensiones de chorros similares a las que entregan softwares comerciales para plumas que aún no impactan con el lecho marino. En escenarios donde el lecho restringe la pluma, las diferencias de las concentraciones predichas son apreciables. Para la condición más desfavorable de dilución (U_a=0), la corriente salina tiende a desplazarse en la dirección de la pendiente de fondo, alcanzando excesos salinos de 1 psu en distancias superiores a los 40 m aguas abajo del difusor. La comparación con los estudios de Baum & Gibbes (2020) muestran las mayores similitudes para una condición de U_a nula, con discrepancias para U_a\neq0 en parámetros como la distancia Xi de impacto del chorro y su dilución Si en ese instante, diferencia adjudicada a la extensión del dominio. No obstante, las tendencias de crecimiento de las variables que describen el chorro denso ante la variación de U_a, son análogas. El modelo numérico demostró nuevas perspectivas de análisis relacionadas a la concentración de salinidad en el fondo marino, el efecto de la pendiente en el arrastre de la corriente salina y la capa estratificada producida por la constante eyección de salmuera al ambiente. Además, el enfoque transitorio permitió examinar la variabilidad de estos parámetros en el tiempo.