Examinando por Materia "Dinámica de Fluidos Computacional"

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    Biomechanical modeling of deglutition
    (Universidad del Valle, 2018) Ramírez Parra, Nicolás; Ladino Ospina, Jair Alexander; Hermant, Nicolás
    Swallowing is a physiological process whose malfunction a effects the human quality of life, e.g. malnutrition, dehydration or asphyxia, and has been studied using in vivo approaches. However, advances in computational capacity have encouraged the production of more accurate computational models of offering advantages such as flexibility and reduced experimental costs. Hence, this work proposed the numerical solution of a 2D sagittal swallowing model with physiological accurate tongue's dorsum dynamics based on real time magnetic resonance imaging (RT-MRI) of a healthy young adult. The work designed a full factorial set of simulations and with a second order Box Behnken' surface response design, dimensional relationships were established between food bolus' rheology, swallowing speed, output flow rate, force and shear force over the tongue. Moreover, a dimensionless model was also proposed and exponential behaviors of pressure and friction coefficients as a function of Reynolds numbers were found with an exponential relationship. Such results are intended to predict swallowing flow conditions based on bolus' rheology and the speed of the swallowing event, and also serve as a first validation for more complex models that use other representation techniques. As validation approaches, the work addressed three indirect validations.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Geometry optimization of a francis turbine for efficiency, cavitation and erosion using computational fluid dynamics
    (Universidad del Valle, 2018) Aponte Núñez, Rubén Darío; Rodríguez Pulecio, Sara Aida; Ladino Ospina, Jair Alexander
    In recent years, the application of numerical computational models based on computational fluid dynamics (CFD) to industrial problems has been increasing; Today CFD is used to optimize and develop equipment and processes in many types of industry including the energy industry. The main advantage of the solutions with CFD is in the obtaining of the operating conditions and the analysis of internal and external flows, which experimentally is very difficult and expensive to achieve. This document presents the results of the research project of a master's degree in engineering with an emphasis in mechanical engineering where the geometry that minimizes the erosive wear by hard particle and cavitation for the different operating regimes maintaining the efficiency of the 10MW Francis turbine of the Amaime hydroelectric plant was obtained. To achieve this, a Simplified Virtual Laboratory (SVL) methodology was implemented, consisting of the use of Computational Fluid Dynamics and an optimization technique. First, the simulation of the current geometry of the turbine was carried out to characterize and verify, with experimental data, that the model represents the current operating conditions; this required to generate 3D CAD geometries by means of planes and reverse engineering using three-dimensional scanning of complex elements of the turbine such as blades. Second, it was required to optimize the geometry of the runner blades, guide vanes, covers and labyrinths by the combined use of factorial design of experiments, artificial neural networks (ANN) and optimization techniques by genetic algorithms.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Impacto del inyector en la eficiencia de mezcla : un análisis CFD en sistemas portátiles de potabilización
    (Universidad del Valle, 2024) Moreno Góngora, Daniel David; Vivas Bermúdez, Felipe; Niño Vargas, Adriana Katerine; Núñez Vallejos, Diego Alejandro
    Objetivo: Evaluar el impacto del inyector en la eficiencia de mezcla en un sistema de potabilización portátil usando simulaciones de Fluidodinámica Computacional. Metodología: La investigación se llevó a cabo en tres fases: 1) preprocesamiento: en esta etapa se elaboró la geometría de un mezclador usado en un sistema portátil de potabilización, y se realizó un estudio de convergencia de malla para garantizar la precisión de los resultados; 2) procesamiento: en esta etapa se definieron e implementaron los modelos de transporte y de turbulencia para simular los flujos a través del mezclador; y 3) posprocesamiento: a partir de los resultados obtenidos en el procesamiento, se evaluaron los perfiles de velocidad dentro del mezclador con dos tipos diferentes de inyectores, uno existente y uno modificado. Resultados: El análisis hidrodinámico reveló un perfil de velocidad consistente a lo largo del mezclador, con cambios bruscos ocasionados por su diseño. La evaluación de los inyectores indicó que la propuesta de reubicar la tolva presenta una mejora en el funcionamiento del sistema con una velocidad de recirculación en promedio de: 0.08 m/s lo que representa una significativa reducción frente a la geometría original que arrojó una velocidad de recirculación que osciló entre: 0.2 m/s y 0.8 m/s, la nueva geometría logra reducir la velocidad en la salida del inyector hasta en un 474.7% respecto a la geometría original, mejorando el desempeño del sistema. Se obtuvo una solución al problema observado. Conclusión: La simulación del sistema actual mostró una complicación en la mezcla, no obstante, al realizar la modificación propuesta se observó un sistema de mezcla más efectivo, lo que confirma que el diseño alternativo tiene un impacto positivo en la calidad de la mezcla. Finalmente, los resultados obtenidos concuerdan con lo observado en la experimentación, lo que respalda la selección del modelo y la metodología empleada.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Modelo termodinámico para analizar procesos de biorremediación en un ecosistema acuático construido caso laguna facultativa para depuración de aguas residuales municipales.
    (2019-09-16) Zapata Rivera, Andrés Mauricio; Peña Varón, Miguel Ricardo (Director de Tesis o Trabajo de Grado)
    Las lagunas facultativas son ecosistemas acuáticos construidos con el propósito de descontaminar aguas residuales. Estas, son sistemas de tratamiento de bajo costo, fácil operación y mantenimiento por lo que son ampliamente utilizadas en países en desarrollo, especialmente aquellos ubicados en zonas tropicales donde hay disponibilidad de radiación solar en cualquier época del año. Su diseño debe favorecer el desarrollo de una amplia variedad de microorganismos y procesos físicos, químicos y biológicos que al interrelacionarse favorecen la depuración de las aguas contaminadas. Esto, ha cautivado la atención de los investigadores quienes han buscado entender cómo se desarrollan los procesos de biorremediación en este tipo de ecosistemas. Para ello, se han desarrollado herramientas como los modelos computacionales, especialmente aquellos que involucran técnicas de dinámica de fluidos computacional (CFD por sus siglas en ingles). Los modelos CFD han sido una de las herramientas más utilizadas en los últimos 20 años y han permitido representar fenómenos como la hidrodinámica de la laguna y la transformación de algunas especies químicas asociadas a los ciclos del carbono y nitrógeno. Recientemente, se han comenzado a acoplar modelos CFD y ecológicos con el objetivo de obtener una mejor representación de este tipo de ecosistemas. Por lo anterior, en esta investigación, se construyeron dos modelos CFD en 3 dimensiones de una laguna facultativa secundaria, usada para descontaminar las aguas residuales del municipio de Ginebra - Valle del Cauca - Colombia. Los modelos se desarrollaron usando el software ANSYS Inc. Fluent® (V.16.1) en una estación de trabajo Dell Precisión TX3500. Se empleó el método de volúmenes finitos dividiendo el dominio computacional en 161890 elementos hexagonales, usando el software Ansys Inc® ICEM CFDTM meshing software (V.16.0). Uno de los modelos CFD fue un modelo monofásico, el cual incluyó agua como fluido. El otro modelo, fue un modelo bifásico que incluyó además del agua los sólidos suspendidos del afluente. El campo hidrodinámico de ambos modelos fue validado con dos estudios experimentales de trazadores utilizando el trazador Rodamina WT (RWT). Con el modelo bifásico se simuló el fenómeno de transporte de sólidos en la laguna, la penetración de la radiación solar incidente en el cuerpo de agua, el efecto del viento en la superficie, la transferencia de calor a través de las paredes circundantes, los perfiles de temperatura transversal y longitudinal y el transporte de un contaminante orgánico persistente. Este contaminante correspondió al retardante de llama BDE 99 el cual se seleccionó porque se identificó su presencia en el afluente de la laguna. El fenómeno de transporte de sólidos se validó con datos experimentales de la concentración de sólidos suspendidos. Los fenómenos de transferencia de energía con datos experimentales de temperatura y el transporte del retardante de llama con datos experimentales de la concentración del BDE 99. Estos últimos fueron medidos en el laboratorio del Grupo de Investigación en Contaminación Ambiental por Metales y Plaguicidas (GICAMP) de la Universidad del Valle. Como complemento a los modelos CFD se construyó un módulo ecológico para representar el calor de reacción de los procesos de biorremediación de amonificación, nitrificación, fotosíntesis y respiración. Para ello, las correlaciones entre variables ecológicas se construyeron utilizando un artificio estadístico conocido como modelos lineales mixtos generalizados. Estos, fueron implementados en el software Stella by Isee System. Los modelos lineales mixtos generalizados se construyeron siguiendo una estrategia que describe la relación entre una variable respuesta y una o varias variables explicativas. Con estos modelos y gracias a la incorporación de factores fijos y aleatorios se intentó dar cuenta de la complejidad del ecosistema estudiado, haciéndola más próxima a la realidad.