Introducción y objetivos

El estudio titulado “Simulation of fluid flow on natural biomass porous medium using COMSOL Multiphysics Software” [1] desarrollado por Turkman et al. y publicado en la revista “Desalination and Water Treatment“ de la editorial Elsevier, utiliza COMSOL Multiphysics® para la simulación de flujo de fluidos en un medio poroso constituido por residuos de vinagre de sidra, que se obtiene tras la fermentación de manzanas a temperatura ambiente (de 25 °C a 30 °C) en sistemas cerrados durante tres meses.

Métodos y resultados

Como se muestra en la Figura 1, la geometría del medio poroso (residuo de vinagre de sidra) fue creada a partir de una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) convertida a imagen binaria. Después la imagen. Para cargar la geometría en COMSOL, se convirtió la imagen a un archivo DXF. En el modelo, se añadió la porosidad del medio como característica principal, basada en estudios experimentales previos. El flujo de fluido se simuló tanto dentro de un microcanal como en un vaso de precipitados lleno de agua que contenía los residuos porosos (Figura 1). Las ecuaciones utilizadas fueron las de continuidad y ecuación de cantidad de movimiento en un fluido (ecuación de Navier Stokes) para un fluido incompresible, y newtoniano (agua) y régimen de flujo laminar.

Figura 1. Creación de geometría a partir de imagen SEM. (a) Imagen SEM original de los residuos de vinagre de sidra como medio poroso. (b) Imagen convertida a un mapa binario utilizando el software ImageJ. (c) Malla de elementos finitos dentro de un poro (microcanal). (d) Vaso de precipitados lleno de agua que contiene el residuo de vinagre de sidra.

Resultados y conclusiones

Como se observa en la Figura 2, los resultados indicaron que la velocidad del fluido era máxima en los poros más estrechos (con un máximo de 0.085 m/s), con grandes pérdidas de carga. La velocidad era cero en las zonas donde el medio poroso estaba más compacto, lo que impide el paso del fluido. Este trabajo pone de manifiesto que COMSOL Multiphysics es una herramienta de gran utilidad para llevar a cabo simulaciones numéricas de la evolución de la velocidad y presión en medio porosos morfológicamente complejos.

Figura 2. Evolución de la velocidad del flujo de fluido y los campos de presión dentro de un poro (microcanal).

Referencias

[1] M. Turkman, N. Moulai-Mostefa, O. Bouras. Simulation of fluid flow on natural biomass porous medium using COMSOL Multiphysics Software. Desalination and Water Treatment (2022), 279, 68-71.