RHEOpy: Módulo reológico para la simulación de fluidos no newtonianos
RHEOpy: Módulo reológico para la simulación de fluidos no newtonianos
El relave minero es el desecho generado durante el proceso de extracción de minerales, compuestos por una mezcla de arena, limo, metales no recuperables, reactivos químicos y agua (Piciullo et al., 2022; Ruppen et al., 2023). Cuando las estructuras diseñadas para su almacenamiento, conocidas como tranques de relave, fallan por causas naturales o antrópicas, se puede produce la liberación de millones de metros cúbicos de este material (Islam & Murakami, 2021; Ruppen et al., 2023). Dichos fluidos pueden desplazarse grandes distancias, contaminando cuerpos de agua, suelos y afectando gravemente a la flora y fauna (Abraham et al., 2022; Islam & Murakami, 2021; Owen et al., 2020).
Falla en el área minera de Hpakant, Myanmar (25 de Enero, 2024)
En las últimas décadas, la frecuencia y gravedad de estos eventos han aumentado, impulsados por el crecimiento de la actividad minera (Ruppen et al., 2023; Sanz-Ramos et al., 2024), y la intensificación de precipitaciones extremas asociadas al cambio climático (Hu et al., 2021; Rana et al., 2022). De hecho, durante el siglo XXI, se ha identificado que las precipitaciones intensas han sido el evento desencadenante del 25% de los fallos de tranques de relave a nivel mundial (Piciullo et al., 2022; Rana et al., 2022; Ruppen et al., 2023). Dado que la industria minera global sigue produciendo miles de millones de toneladas de relaves cada año (Islam & Murakami, 2021; Owen et al., 2020), es fundamental implementar sistemas de monitoreo y realizar análisis detallados de posibles escenarios de falla, considerando sus impactos ambientales, sociales y económicos (Aureli et al., 2024).
Desde 1915, se han registrado 257 fallas de estas estructuras en el mundo, con alrededor de 2650 muertes y 250 millones de metros cúbicos de residuos contaminados liberados al medio ambiente (Piciullo et al., 2022; Rana et al., 2022; Ruppen et al., 2023). En Chile, la situación es particularmente crítica, con cerca de 740 tranques de relave (Williams, 2021), de los cuales más del 80% se encuentran sin supervisión y a merced de las condiciones climáticas extremas (CNN Chile, 2024). Esta recurrencia de fallas y sus consecuencias catastróficas subrayan la necesidad urgente de implementar sistemas de monitoreo confiables y herramientas predictivas para anticipar posibles escenarios de riesgo. En este contexto, la modelación numérica emerge como una herramienta esencial para analizar y comprender mediante simulaciones, el comportamiento de fluidos newtonianos y no newtonianos ante distintos escenarios. En particular, la dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) ha sido ampliamente aplicada para simular desastres naturales en el campo de la ingeniería hidráulica (Brogi et al., 2024; Manenti et al., 2019; Saleem et al., 2025). Permitiendo simular y predecir el comportamiento de los fluidos en situaciones donde las mediciones directas podrían ser difíciles, costosas o inviables, gracias al uso de las computadora (Aureli et al., 2024; Manenti et al., 2019; Pasculli et al., 2021). Esta realidad coloca en evidencia que el análisis numérico de modelos de balance posee tanto aplicaciones prácticas como un considerable interés desde el punto de vista científico.
Este trabajo desarrolla un marco numérico para la simulación de fallas de tranques de relaves mediante la resolución de las SWE. El marco numérico incorpora tres modelos reológicos distintos (Bingham, Herschel-Bulkley y Ley de Potencias) para representar el comportamiento no newtoniano del relave, los cuales se planea incorporar como modulo específico para fluidos no newtonianos, denominado RHEOPY, dentro del software SWEPY (Fuenzalida et al., 2025). La metodología propuesta se valida contrastando con un experimento en laboratorio realizado por Liu et al. (2020), evaluando la precisión, estabilidad y eficiencia del esquema propuesto. Este enfoque constituye una contribución novedosa al integrar en un mismo código abierto múltiples modelos reológicos, fortaleciendo así la capacidad de SWEPY para simular fluidos complejos, además busca contribuir al avance en la comprensión de la dinámica de los flujos de relaves y proporcionar una herramienta para la evaluación de riesgos, apoyando el diseño de estrategias de mitigación y la toma de decisiones en situaciones de emergencia en zonas mineras.