Modelado numérico de flujo y transporte en dispositivos microfluídicos micro y nanoestructurados utilizando técnicas multiescalas

Mecánica computacional
0
Descripción

Los dispositivos analíticos microfluídicos basados en papel (µPADs) poseen muchas cualidades atractivas, como su bajo costo, portabilidad y capacidad de funcionar sin equipos de apoyo ni fuentes de energía. Sin embargo, una de las principales limitaciones de dichos dispositivos es la falta de repetibilidad asociada a la naturaleza intrincada y aleatoria de los sustratos porosos. En consecuencia, los procesos de investigación y diseño suelen basarse en la construcción de prototipos físicos, lo que evidencia la necesidad de desarrollar herramientas alternativas que permitan una comprensión más profunda de su comportamiento bajo distintas condiciones operativas, reduciendo tanto tiempos como costos experimentales. Esta tesis tiene como principal contribución la implementación y validación de una herramienta computacional para simular el flujo y transporte en medios porosos basados en papel a costos accesibles, específicamente en los papeles Whatmann #1 y Munktell 00A, los cuales son ampliamente utilizados en µPADs. La metodología propuesta se fundamenta en un enfoque multiescala que permite obtener propiedades efectivas mediante un procedimiento de homogeneización, evitando la necesidad de resolver explícitamente la microestructura completa del material en cada simulación. A diferencia de las simulaciones numéricas directas (DNS), cuyo costo computacional escala de manera significativa con el tamaño del dominio, el enfoque multiescala constituye una alternativa computacionalmente eficiente y con alta fidelidad física. Las propiedades efectivas obtenidas pueden compararse con resultados experimentales, mejorando la robustez y confiabilidad de los modelos numéricos. De este modo, la herramienta desarrollada no solo permite reducir tiempos y recursos en el diseño y análisis de µPADs, sino que también proporciona una comprensión más profunda del comportamiento de estos dispositivos en distintas situaciones operativas.


SALAZAR BOVE, Joselynne Carolina

16/09/2026

Tesis doctoral

Comentarios