Cálculo de la Permeabilidad Efectiva de Medios Porosos con FEM y Micro-CT: Un Enfoque Educativo
Autores: Vianna, Rafael S.; Cunha, Alexsander M.; Azeredo, Rodrigo B. V.; Leiderman, Ricardo; Pereira, Andre
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Cálculo de la Permeabilidad Efectiva de Medios Porosos con FEM y Micro-CT: Un Enfoque Educativo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Permeabilidad
Flujo de fluidos
Medio poroso
Ley de Darcy
Tecnologías computacionales
Microestructura del material
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La permeabilidad es un parámetro que mide la resistencia que enfrenta un fluido al fluir a través de un medio poroso. Por lo general, este parámetro se determina en pruebas de laboratorio rutinarias aplicando la ley de Darcy. Estas pruebas pueden ser complejas y requerir mucho tiempo, y no ofrecen una comprensión profunda de la microestructura interna del material. Actualmente, con el desarrollo de nuevas tecnologías computacionales, es posible simular experimentos de flujo de fluidos en laboratorios computacionales. Determinar la permeabilidad con esta estrategia implica resolver un problema de homogeneización, donde la determinación del parámetro macro depende de la simulación de un fluido fluyendo a través de canales creados por poros conectados presentes en la microestructura interna del material. Este es un poderoso ejemplo de la aplicación de la mecánica de fluidos para resolver problemas industriales importantes (por ejemplo, caracterización de materiales), en el que los estudiantes pueden aprender conceptos básicos de flujo de fluidos mientras practican la implementación de simulaciones por computadora. Además, les brinda a los estudiantes una oportunidad concreta para trabajar con un problema que asocia dos escalas diferentes. En este trabajo, presentamos un código educativo para calcular la permeabilidad absoluta de materiales heterogéneos. El programa simula un flujo de Stokes en los medios porosos modelados con condiciones de frontera periódicas utilizando elementos finitos. Por último, se obtiene la permeabilidad de una muestra real de arenisca, modelada por tomografía microcomputada (micro-CT).
Descripción
La permeabilidad es un parámetro que mide la resistencia que enfrenta un fluido al fluir a través de un medio poroso. Por lo general, este parámetro se determina en pruebas de laboratorio rutinarias aplicando la ley de Darcy. Estas pruebas pueden ser complejas y requerir mucho tiempo, y no ofrecen una comprensión profunda de la microestructura interna del material. Actualmente, con el desarrollo de nuevas tecnologías computacionales, es posible simular experimentos de flujo de fluidos en laboratorios computacionales. Determinar la permeabilidad con esta estrategia implica resolver un problema de homogeneización, donde la determinación del parámetro macro depende de la simulación de un fluido fluyendo a través de canales creados por poros conectados presentes en la microestructura interna del material. Este es un poderoso ejemplo de la aplicación de la mecánica de fluidos para resolver problemas industriales importantes (por ejemplo, caracterización de materiales), en el que los estudiantes pueden aprender conceptos básicos de flujo de fluidos mientras practican la implementación de simulaciones por computadora. Además, les brinda a los estudiantes una oportunidad concreta para trabajar con un problema que asocia dos escalas diferentes. En este trabajo, presentamos un código educativo para calcular la permeabilidad absoluta de materiales heterogéneos. El programa simula un flujo de Stokes en los medios porosos modelados con condiciones de frontera periódicas utilizando elementos finitos. Por último, se obtiene la permeabilidad de una muestra real de arenisca, modelada por tomografía microcomputada (micro-CT).