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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

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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

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


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).

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