Cálculo de difusividades efectivas en sistemas heterogéneos con estructuras complejas empleando la técnica de autómata celular tipo Lattice-Boltzmann Público Deposited
La difusión en medios heterogéneos reactivos Ó en sistemas de múltiples fases es un problema importante para ingenieros involucrados en los procesos de la industria química y en campos afines. Algunos de los problemas más comunes son las transformaciones químicas de especies, por ejemplo, en emulsiones, catalizadores porosos y el tratamiento de comentes fluidas empleando lechos empacados, torres de burbujeo ó torres de platos. Como muchos de los sistemas físicos de interés practico son más bien de naturaleza heterogénea que homogénea, los problemas no son exclusivos de la ingeniería química, en campos tales como la ingeniería bioquímica, fisiología, ingeniería civil, agricultura existen ejemplos físicos de difusión y reacción en sistemas de múltiples fases. Para el entendimiento de los fenómenos que ocurren en estos tipos de problemas son necesarios derivar modelos que puedan permitir el diseño y optimización de procesos químicos. En esta tesis se emplea el método de autómata celular, el cual representa una técnica alternativa, como estructura teórica para estimar coeficientes de transporte efectivos en medios heterogéneos. Dado que este método ofrece algunas ventajas sobre métodos de solución tradicionales (esquemas de elemento finito, diferencias finitas, etc.). En este método no se requiere especificar la geometría del sistema de una manera muy rigurosa, la representación de la variable dependiente es muy clara y se especifica de acuerdo a un conjunto de reglas bien definidas, las restricciones (condiciones de fronteras complejas, sistemas de más de una fase, etc.) que deben ser cumplidas, de acuerdo al problema físico en estudio, surgen de una manera muy natural cuando se construye el modelo. En el capitulo I se presenta una breve descripción del proceso de difusión en sistemas homogéneos y heterogéneos y del proceso del cual surge el fenómeno de difusión. En el capitulo II se construye el modelo de autómata celular tipo latticeBoltzmann para el problema de difusión en un medio heterogéneo, el cual esta compuesto de dos fases (una fase fluida y una fase sólida). En el capitulo 111 el modelo de autómata celular tipo lattice-Boltzmann construido es usado para estimar coeficientes de transporte efectivos en un medio heterogéneo de dos fases. También se presenta una comparación de resultados obtenidos de difusividades efectivas con las técnicas de Monte Carlo (Reyes, S. et a/., 1994), el método de promedio volumétrico (Kim et al., 1987) y por una aproximación teórica deducida por Maxwell (1881). En el capitulo IV se presentan las conclusiones del trabajo realizado y el tratamiento de posibles trabajos a futuro que pueden ser atacados por la técnica desarrollada en esta tesis.
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