Introducción y objetivos
Los investigadores C. González-Fernández, E. Bringas, M.J. Rivero, e I. Ortiz de la Universidad de Cantabria están utilizando COMSOL Multiphysics® para estudiar una técnica de recuperación magnética de microplásticos del agua. Estos microplásticos, con tamaños inferiores a 5 mm y que se encuentran en ríos, océanos y masas de agua dulce, constituyen un problema ambiental crítico que afecta a ecosistemas acuáticos y terrestres en todo el mundo presentando riesgos para la vida marina y, potencialmente, para la salud humana.
En un trabajo presentado por los anteriormente citados autores en la Iberian COMSOL Multiphysics Conference celebrada en Málaga (2024) [1], se muestran resultados preliminares del sistema magnetoforéticos de flujo continuo en el que trabajan para separar y recuperar microplásticos del agua.
Modelización y simulación
COMSOL Multiphysics permite modelar el comportamiento de las fases involucradas en sistemas de flujo continuo. Utilizando el módulo de mecánica de fluidos [2], los investigadores pueden simular cómo los microplásticos se mueven a través del sistema, identificando áreas favorables a la eliminación y posibles zonas muertas donde los microplásticos podrían quedar atrapados.
La recuperación magnética de microplásticos requiere la generación de un campo magnético dentro del sistema de flujo. COMSOL facilita el diseño de configuraciones de imanes y la simulación de campos magnéticos resultantes, asegurando que la fuerza magnética sea suficiente para conseguir la recuperación completa de los microplásticos, y por tanto la obtención de una corriente de agua libre de microplásticos [3].
Los módulos de transporte de partículas en COMSOL permiten simular cómo los microplásticos magnetizados fluyen y se separan en presencia de un campo magnético. Este análisis es crucial para optimizar la eficiencia del sistema y garantizar la máxima recuperación de microplásticos.
Resultados preliminares y conclusiones
La Figura 1 compara los resultados de concentración obtenidos al inicio de la simulación y después de 7 segundos. Estos resultados preliminares indican que los microplásticos se magnetizan en el dispositivo mostrado en la figura, de forma que podrían recuperarse posteriormente mediante un campo magnético externo.
Figura 1. Comparación de la concentración de microplásticos (a) al comienzo, (b) después de 7s.
El uso de COMSOL Multiphysics en el diseño de sistemas de flujo continuo para la recuperación de microplásticos permite optimizar el diseño, realizar un análisis multidisciplinar y reducir costes y tiempo en la optimización de la tecnología y, en definitiva, en el desarrollo de esta tecnología.
La capacidad de simular y optimizar diversos fenómenos físicos de manera integrada puede permitir crear soluciones más eficientes y económicas, contribuyendo a mitigar la contaminación por microplásticos y proteger los ecosistemas acuáticos.
Referencias
[1] González-Fernández, Bringas, Rivero, Ortiz. Computational-Aided Design of Continuous-Flow Systems for the Magnetic Recovery of Microplastics from Water. Iberian COMSOL Multiphysics Conference, Málaga. June 28, 2024.
[2] Babaei, Reshadatian, Feizi. A state of the art-mini review on the sources, contamination, analysis, and consequences of microplastics in water, Results in Engineering 23 (2024) 102827.