En la última década, el cómputo científico en GPU ha demostrado ser una excelente alternativa para la computación de alto desempeño. Con una mejora sustancial en términos de rendimiento, bajo costo y consumo de energía en comparación con un clúster mediano, los desarrollos en GPU han producido resultados exitosos en diferentes campos de la ingeniería como la dinámica de fluidos computacional. Sin embargo, para lograr un rendimiento optimo y aprovechar las capacidades de la GPU, es necesario que las diferentes implementaciones estén diseñadas específicamente según el tipo de hardware. En esta tesis se desarrollan y adaptan diferentes estrategias de paralelización en GPU, para esquemas numéricos en el contexto del método de los volúmenes finitos que permiten resolver, entre otros, el complejo problema de transporte de sedimentos y erosión localizada. Con los algoritmos y métodos expuestos se desarrolló una librería en GPU que incluye: rutinas para resolver sistemas lineales dispersos, utilizando los métodos de Krylov y técnicas multigrilla, métodos para resolver la ecuación de transporte con esquemas de Variación Total Decreciente (TVD), un solver que resuelve el flujo incompresible utilizando dos algoritmos (SIMPLE o pasos fraccionados), desarrollo de un método de fronteras embebidas (IBM) para tratar geometrías complejas, modelos para calcular descargas de sedimento y evolución temporal del lecho, que se acoplan al modelo hidrodinámico para poder simular problemas de erosión. Las diferentes componentes desarrolladas se validan mediante la utilización de soluciones analíticas, con el objetivo de comprobar la convergencia numérica de los esquemas espaciales y temporales. También se lleva a cabo una verificación mediante el uso de benchmark, para asegurar la precisión de las implementaciones. Con el fin de destacar los beneficios de las implementaciones basadas en GPU, se llevan a cabo evaluaciones utilizando diversas métricas para medir el rendimiento en problemas de diferentes tamaños. Se logran abordar simulaciones de problemas en el orden de las 100 millones de celdas, lo que demuestra que la capacidad de una GPU es comparable al rendimiento obtenido mediante el uso de múltiples CPU en paralelo. Esta capacidad para manejar grandes volúmenes de datos confirma la eficiencia y la escalabilidad de las soluciones basadas en GPU en comparación con las alternativas tradicionales. Los problemas abordados en la tesis incluyen advección difusión utilizando esquemas lineales y no lineales para comparar el desempeño de técnicas implícitas y explícitas, los resultados brindan pautas en cuanto a elección de métodos para resolver estas ecuaciones. Se resolvió un problema de difusión no lineal, mostrando que el método implícito puede tener un buen desempeño, sin embargo, el bajo requerimiento en memoria y relativa simplicidad en implementación para los métodos explícito lo hacen más atractivos al resolver este tipo de ecuaciones en GPU. Se expuso la solución de problemas advectivo-dominantes usando esquemas TVD demostrando que puede obtenerse un buen desempeño en GPU, permitiendo resolver problemas que requieren el transporte de gradientes pronunciados. Se analizan dos variantes para el solver de flujo incompresible lo que permite evaluar pros y contras al paralelizarlos en GPU. Se desarrolla un método IBM que combina técnicas de celdas fantasma y una estrategia de interpolación que permite mantener un esquema espacial compacto y la aplicación de diferentes condiciones de borde sobre el sólido inmerso. Mediante una combinación adecuada de los métodos desarrollados, se logró resolver de manera satisfactoria un desafiante problema tridimensional de erosión localizada alrededor de un objeto rectangular. Esta resolución se llevó a cabo mediante el uso exclusivo de una sola GPU, logrando completar el cálculo en tan solo 10 horas. Esta marca representa una mejora considerable en el tiempo de ejecución, siendo hasta 36 veces más rápido en comparación con un equipo de cómputo CPU equipado con 32 núcleos. La solución se obtuvo a utilizando el solver desarrollado para el flujo incompresible acoplado con un modelo de transporte de sedimentos. Esta integración permitió simular y comprender con precisión el proceso de erosión en un entorno tridimensional, proporcionando así una valiosa herramienta para estudios relacionados dentro de esta disciplina. Esto proporciona una herramienta de bajo costo que resuelve problemas con grandes requisitos computacionales en tiempos reducidos. Los códigos desarrollados son adaptables y pueden ser utilizados en una gama de problemas. Las simulaciones numéricas realizadas con esta herramienta contribuyen a complementar las formulaciones clásicas y ofrecen una perspectiva más completa y mejorada de los fenómenos físicos, contribuyendo así al avance del conocimiento en las respectivas disciplinas.