Modelación y simulación del estado de hinchamiento en equilibrio de hidrogeles esféricos neutros termosensibles a cambios escalonados de temperatura en COMSOL Multiphysics 5.6

Abstract

Los modelos descritos en la literatura sobre el estado de hinchamiento en equilibrio de los hidrogeles se basan en fenómenos difusionales o empíricos que evaden y desvinculan ciertos parámetros relevantes como: la interacción entre la fase polimérica y la del solvente, parámetros de red del polímero (tensores, deformaciones, contracciones), parámetros físicos de la fase fluida, entre otros; mostrando resultados que se desvían notablemente de los datos experimentales. En ese contexto, se utilizó un modelo matemático que predice, en mejor medida, el comportamiento en equilibrio de los hidrogeles termosensibles, basado en 3 leyes de la naturaleza: ley de conservación de materia, conservación de energía y cantidad de movimiento. Adicionalmente, el estudio utilizó diferentes áreas del conocimiento como: mecánica de materiales, flujo de fluidos en materiales porosos y fenómenos de transporte. Finalmente, se realizaron simulaciones sobre hinchamiento de los hidrogeles termosensibles seleccionados considerando el modelo estudiado en el Software de COMSOL Multiphysics 5.6 cuya diversidad de herramientas y aplicaciones permitió comprender y visualizar los resultados de manera más clara y concreta. El estudio comprendió 6 etapas: 1) Análisis del modelo matemático, 2) Selección de hidrogeles termosensible con sus parámetros físicos y geométricos que seas esféricos, neutros y termosensibles, 3) Aplicación del modelo planteado para la obtención de datos de hinchamiento en equilibrio, 4) Simulación en 1D y 3D de la dependencia de la temperatura en el equilibrio de hinchamiento en COMSOL Multiphysics 5.6, 5) Comparación de los resultados simulados respecto a los datos experimentales mediante análisis ANOVA y prueba de Tukey, y 6) Análisis y conclusiones de los resultados obtenidos.