Este documento presenta conceptos básicos de ingeniería y diseño de sistemas de conducción de agua para acuicultura. Explica principios hidráulicos como flujo en tuberías y canales, y cómo calcular pérdidas de carga. También cubre consideraciones de diseño como selección de especies, sistemas de producción y ubicación, así como el impacto de los objetivos del cliente en el proyecto.

1. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA Y DISEÑO I:
SISTEMAS DE CONDUCCIÓN DE AGUA.
GENERALIDADES Y PRINCIPIOS BÁSICOS DE
HIDRÁULICA. FLUJO EN TUBERÍAS Y CANALES.
CÁLCULOS
Z

Bomba 1
Codo
Codo
Llave 2
Codo

2. Introducción.-
La ingeniería de acuicultura es un área multi-
disciplinar, que incluye un amplio rango de aspectos muy
diferentes entre sí, tales como:
-
-
-
- Selección de sitios apropiados.
- Diseño de edificios e instalaciones.
- Selección de materiales y equipos.
- Servicios (calentamiento, enfriamiento, electricidad,
bombas, equipos de mano, etc.).
Estudios de suelos y recursos de agua.
Evaluación económica.
Selección y supervisión de constructores.

3. Relación muy directa entre Biología, Diseño y Coste de un
sistema o unas instalaciones, que a su vez determinarán si
un sistema determinado funcionará o no.
Los requerimientos biológicos servirán para establecer los
parámetros de diseño, y éstos a su vez determinarán
aspectos de costes, todo ello muy fuertemente
relacionado.
De hecho, uno de los principales objetivos de la
acuicultura es construir sistemas que funcionen con
eficiencia y a costes competitivos (rentables).
Aspectos a considerar en el diseño para acuicultura.-
1) Cliente (¿Quién quiere el proyecto?)
2) Objetivos (¿Para qué es el proyecto?)

4. SECTOR PÚBLICO
* Promover la acuicultura privada (Local)
* Incrementar la producción (Nacional)
*Concentrar infraestucturas, demostrar rentabilidad
(Internacional)
SECTOR PRIVADO
* Pequeño granjero (familiar/individual). La
estrategia básica aquí es el evitar riesgos, por lo que el
cliente:
- Tenderá a no desarrollar todos sus recursos.
- Ante una posibilidad de desarrollo técnico,
preguntará: ¿Cuánto me va a costar antes de obtener
algún beneficio?, y la/las respuestas determinarán las
decisiones.

5. * Compañía grande Ej.: Alguien con propiedades. En
estos casos es más factible la innovación tecnológica.
Este tipo de clientes es capaz de asumir riesgos, mejorar
o incrementar la producción, etc.
* Grupos multinacionales grandes Desarrollan proyectos
a muy gran escala. Emplean criterios muy estrictos para
juzgar los proyectos (objetivos, riesgos y beneficios).
También son capaces de invertir en investigación y
desarrollo.

6. Los tres aspectos mas importantes en el proceso de
diseño son:
- Selección de especies
- Selección y diseño del sistema de producción
- Selección de sitio
Es difícil tomar decisiones individualmente respecto a cada
uno de ellos sin considerar los otros, y en cada proyecto el
orden de decisiones será diferente.
Ej.: SITIO -------- SISTEMA --------- ESPECIE
SISTEMA --- ESPECIE --------- SITIOS
La combinación apropiada de estos tres parámetros
será de vital importancia para facilitar o asegurar la
viabilidad económica del proyecto de acuicultura.

8. Principios básicos de hidráulica
Supongamos que tenemos que hacer llegar agua desde el
punto A al punto B:
A
La situación más simple:
El flujo por gravedad. La
fuerza será directamente
proporcional a la
GRAVEDAD.
B

9. Fuerza de la gravedad
Tanque A
Tanque B
H (Diferencia de altura)
Tubería
Fuerza gravedad
Flujo en tuberías. Para que el agua
circule, debe haber una fuerza de
empuje. En los términos
más simples, esta fuerza se puede considerar como una
altura de presión o una diferencia de altura (carga): H.
En la figura superior, la diferencia de altura o carga entre los
tanques A y B producirá un flujo de agua entre ambos.

10. En esta figura, sin embargo, no hay
diferencia de altura (carga), y por lo
tanto, no habrá flujo.

11. Pérdidas de altura (carga) en tuberías.-
1)El flujo en una tubería va a ser controlado por la
resistencia de la tubería al flujo, directamente relacionado
con su diámetro (A menor diámetro, mayor resistencia).
2)Este flujo estará también frenado por fuerzas
friccionales. Se perderá energía como consecuencia de
esta fricción, que será proporcional a la longitud de la
tubería.
3)Asímismo, cuando el agua se encuentra con un cambio
brusco de dirección en la tubería, o pasa a través de un
repentino ensanchamiento o estrechamiento de las
paredes de la tubería, el régimen de flujo será disturbado,
formándose turbulencias que incrementarán las fuerzas
friccionales y, consecuentemente, pérdidas de carga.

12. H
Caudal (Q)
El caudal de agua irá disminuyendo conforme más longitud
de tubería recorra el agua, debido a las fuerzas friccionales
y específicas de cada junta o llave, a pesar de que la
diferencia de altura entre todos los tanques inferiores y el
tanque superior sea la misma.

13. Cálculos de pérdidas de altura (carga) en tuberías.-
Para calcular la pérdida de carga (altura) a través de una
tubería de longitud y diámetro conocidos, y para un flujo
o caudal determinado, se emplea un gráfico que expresa
la “fórmula modificada de LAMONT-S3”.

14. “gradiente hidráulico”:
pérdida de carga por
metro de tubería
Diámetros de tuberías
Metros de pérdida
de altura por cada
1000 metros de
longitud de tubería
Caudal

15. Donde: Q: Flujo (caudal), en litros/segundo
d: Diámetro de la tubería, en milímetros
h: Gradiente hidráulico (pérdida de altura por
metro de tubería)
K, n, M: Constantes dependientes del sistema
de unidades que se emplee, y del tipo de material de las
tuberías
Sistema métrico decimal y tuberías de PVC (Cloruro de
poli-vinilo): El valor de estas constantes es:
Q = K.dn.hm
Q = 4,5 x 10-4 x d2,6935 x h0,5645

16. NOTA : Es útil recordar para estos cálculos que:
A = Bx
Log A = x. Log B
Ej.: ¿Cuál será la pérdida de altura a través de una tubería
de 170 m de longitud, de 110 mm de ø, en la que hay un
caudal de 1.000 l/min.?
Q = 1.000 = 16,66 l/seg.
log 16,66 = 0,5645 x log h
141,81
60
16,66 = 4,5 x 10-4 x 1102,6935 x h0,5645
h0,5645 = 16,66 log 0,1176 = log h
141,81 0,5645
h = 0,0225; 170 m x 0,0225 = 3,83 m

17. Ej.: ¿Qué diámetro deberá tener una tubería de 500 m de
longitud que habrá de distribuir un caudal de 100 l/min
de agua con una pérdida total de altura de 5 m?
h = 5 = 0,01
500
100 = 4,5 x 10-4 x d2,6935 x 0,010,5645
60
d = 55,49 mm

18. Cálculo de pérdidas de carga en juntas y llaves.-
El método más simple es calcularlo mediante el
uso de gráficas como el de la figura, que transforman
los datos de diámetro y tipo de llave o junta, en
longitud equivalente de una tubería recta.
Diámetro
Tipo de
Junta/llave
Longitud
equivalente

19. Otro método es el empleo del llamado “FACTOR DE
PÉRDIDA DE ALTURA MENOR”:
H = K (V2 / 2g)
Donde: H: Pérdida de altura (m)
V: Velocidad del agua = Q/A (m/seg)
A: Sección de la tubería =  r2/2 (m2)
Q: Flujo (m3/seg)
g: Aceleración de la gravedad = 9,81 m/seg
K: Constante propia de cada junta o llave
Valor de K
Tipo de junta (generalmente, valor = 1)
Válvula de bola (abierta) 10,0
Codo estándar 0,9
Codo grande 0,6
T estándar 1,8

20. Ej.: ¿Cuál será la velocidad del agua en una tubería de
75 mm de diámetro que deberá distribuir un caudal de
agua de 2 m3 /min?
A =  r2/2 (m2)
V = Q/A (m/seg) = 2 / 60 = 75 m.seg-1
(0,075)2 . Π
2

21. Flujo en canales abiertos.-
Usados frecuentemente para la distribución de agua en
sistemas de acuicultura al aire libre, particularmente
estanques.
El flujo en estos canales dependerá de la sección
transversal y de la pendiente del canal. Igual que en el
caso de las tuberías, habrá una pérdida de energía debido
a fricciones con las paredes del canal.

22. La ecuación más empleada es la fórmula de MANNING:
2/3
Q = 1/n . A . RH . S1/2
Donde: Q = Flujo (m3/seg)
A = Sección transversal del canal (m2)
RH = Radio hidráulico = área / perímetro
húmedo
S = Pendiente = h / l
n = Número de Manning
A = (B+b) x h
2
Perímetro húmedo = B + 2A
A
B
S = h / l
h
l
B
h
b

23. Dependiendo del material, el Número de Manning tendrá
diferentes valores. Ej.:
Material n 1/n
Gravilla uniforme 0,029 34,4827
Tierra limpia 0,025 40,0
Cemento liso 0,012 83,33
Canales con sección rectangular: Fórmula de Manning, con
las siguientes variaciones en los cálculos:
D
A = W x D
RH = W x D
W + 2D
W

24. En canales abiertos, una
velocidad del agua
demasiado baja, provoca
sedimentación, mientras
que velocidades
demasiado altas provoca
la erosión de las paredes
de los canales.

25. Referencias bibliográficas
Boyd, C., 1990. “Water Quality in Ponds for Aquaculture”. Alabama
Agricultural Experiment Station, Auburn University, AL, 482 pp.
Huguenin, J. and Colt, J., 1989. “Design and operating guide for
aquaculture seawater systems”. Elsevier Science, 264p.
Lawson, T., 1995. “Fundamentals of Aquacultural Engineering”.
Chapman & Hall, NY, 355p.
Timmons, M. and Losordo, T., 1994. “Aquaculture Water Reuse
Systems: Engineering Design and Management”. Elsevier Science,
346p.
Timmons, M., Ebeling, J., Wheaton, F., Summefelt, S. and Vinci, B.,
2002. “Recirculating Aquaculture Systems, 2nd Edition”. NRAC
publication No.01-002, Cayuga Aqua Ventures, Ithaca, NY, 769p.
Wheaton, F., 1977. “Aquacultural Engineering”. Robert E. Krieger
Publishing Co., Malabar, FL, 708p.