Modelado de Interacción Fluido-Estructura Aplicado a Simulaciones de Flujo de Bombas Peristálticas
Autores: Formato, Gaetano; Romano, Raffaele; Formato, Andrea; Sorvari, Joonas; Koiranen, Tuomas; Pellegrino, Arcangelo; Villecco, Francesco
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Modelado de Interacción Fluido-Estructura Aplicado a Simulaciones de Flujo de Bombas PeristálticasCategoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Interacción fluido-estructura
Bomba peristáltica
Material hiperelástico
Dinámica de flujo turbulento
Tensiones de von Mises
Simulación numérica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, se aplicó modelado de interacción fluido-estructura (FSI) para predecir el flujo de fluido en una bomba peristáltica específica, compuesta por un rodillo metálico y un tubo hiperelástico que bombea un fluido newtoniano viscoso. La dinámica del material hiperelástico y la dinámica del flujo turbulento se acoplaron para describir toda la física de la bomba. Se utilizó el software comercial de elementos finitos ABAQUS 6.14 para investigar el rendimiento de la bomba con un modelo transitorio en 3D. Al utilizar este modelo, fue posible predecir las tensiones de von Mises en el tubo y las fluctuaciones del flujo. La bomba peristáltica generó altas presiones y pulsos de flujo debido a la interacción entre el rodillo y el tubo. La compresión y relajación del tubo durante la fase operativa permitieron que el líquido tuviera un comportamiento pulsátil. Los resultados de los datos de simulación numérica se compararon con una medición de presión de un ciclo obtenida de los datos de la prueba de la bomba, y la diferencia máxima entre los datos reales y simulados fue inferior al 5%. También se discutió la aplicabilidad del modelado FSI para la optimización geométrica de la carcasa de la bomba con el fin de prevenir picos de presión en las partes del rodillo y la manguera. El modelo permitió investigar el efecto de las variaciones en el diseño de la bomba, como la oclusión del tubo, el diámetro del tubo y la velocidad del rodillo, sobre la tasa de flujo, las fluctuaciones del flujo y el estado de tensión en el tubo.
Descripción
En este estudio, se aplicó modelado de interacción fluido-estructura (FSI) para predecir el flujo de fluido en una bomba peristáltica específica, compuesta por un rodillo metálico y un tubo hiperelástico que bombea un fluido newtoniano viscoso. La dinámica del material hiperelástico y la dinámica del flujo turbulento se acoplaron para describir toda la física de la bomba. Se utilizó el software comercial de elementos finitos ABAQUS 6.14 para investigar el rendimiento de la bomba con un modelo transitorio en 3D. Al utilizar este modelo, fue posible predecir las tensiones de von Mises en el tubo y las fluctuaciones del flujo. La bomba peristáltica generó altas presiones y pulsos de flujo debido a la interacción entre el rodillo y el tubo. La compresión y relajación del tubo durante la fase operativa permitieron que el líquido tuviera un comportamiento pulsátil. Los resultados de los datos de simulación numérica se compararon con una medición de presión de un ciclo obtenida de los datos de la prueba de la bomba, y la diferencia máxima entre los datos reales y simulados fue inferior al 5%. También se discutió la aplicabilidad del modelado FSI para la optimización geométrica de la carcasa de la bomba con el fin de prevenir picos de presión en las partes del rodillo y la manguera. El modelo permitió investigar el efecto de las variaciones en el diseño de la bomba, como la oclusión del tubo, el diámetro del tubo y la velocidad del rodillo, sobre la tasa de flujo, las fluctuaciones del flujo y el estado de tensión en el tubo.