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Revista de Matemática Teoría y Aplicaciones
versão impressa ISSN 1409-2433
Rev. Mat vol.30 no.2 San José Jul./Dez. 2023
http://dx.doi.org/10.15517/rmta.v30i2.49756
Artículo
Modelación de medios filtrantes aplicando diagramas de Voronoi-Laguerre
Filter media modeling applying Voronoi-Laguerre diagrams
1Universidad Nacional Autónoma de Honduras, Departamento de Estadística, Tegucigalpa, Honduras; roberto.duarte@unah.edu.hn
2Universidad Nacional Autónoma de Honduras, Departamento de Matemática Aplicada, Tegucigalpa, Honduras; jorge.destephen@unah.edu.hn
The processes of separating pollutant particles in liquids and gases are crucial processes in many industries. There are different approaches to modeling these processes, including 2D and 3D models. Some disadvantages of these models range from not accurately fitting the real complexity of the problem, and other models that improve this can be very computationally complex. The proposal of this work is a computational model based on a multi-layered filtering medium constructed using Voronoi-Laguerre diagrams to represent non-woven fibrous materials. Monte Carlo simulations were used to estimate the filter efficiency under different process conditions and with statistical analysis. The results are consistent with the general theory of filtration and allowed the captured particles to be located in pores or fibers, enabling visualization of the 3D structure of the filtering medium. Moreover, this model has the potential to estimate the topological properties of the filtering medium, such as tortuosity and connectivity. Future work is required to improve the computational time for generating the models.
Palabras clave: modelación de filtración; modelo de filtro; materiales no-tejidos; método de Monte Carlo; diagramas de Voronoi-Laguerre.
Los procesos de separación de partículas contaminantes en líquidos y gases son procesos cruciales en muchas industrias. Existen distintas aproximaciones para modelar estos procesos que incluyen modelos en 2 y 3 dimensiones. Algunas desventajas de estos modelos van desde no ajustarse con precisión a la complejidad real del problema y otros que mejoran esto pueden ser muy complejos en sentido computacional. La propuesta de este trabajo es un modelo computacional basado en un medio filtrante de múltiples capas construido utilizando diagramas de Voronoi-Laguerre para representar los materiales fibrosos no tejidos. Se utilizaron simulaciones de Monte Carlo para estimar la eficiencia del filtro bajo diferentes condiciones de proceso y con análisis estadístico. Los resultados concuerdan con la teoría general de filtración y se permitió ubicar las partículas capturadas en poros o fibras, lo que permite visualizar la estructura del medio filtrante en 3D. Además este modelo tiene el potencial para estimar propiedades topológicas del medio filtrante como la tortuosidad y conectividad. Se requiere trabajo futuro para mejorar el tiempo computacional para generar los modelos.
Palabras clave: modelación de filtración; modelo de filtro; materiales no-tejidos; método de Monte Carlo; diagramas de Voronoi-Laguerre.
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Recibido: 07 de Marzo de 2022; Aprobado: 12 de Abril de 2023
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