Numerical analysis of lobular structures for biomimicry of a mammary gland structure

Francisco Josué Hernández Rangel ADRIANA DEL CARMEN GALLEGOS MELGAR AZAHEL DE JESUS RANGEL LOPEZ Pedro Cruz Alcantar (2022)

The mammary gland is an organ that has an internal structure formed by lobules, ducts and ligaments that perform both physiological and mechanical functions. This structure aesthetically defines the body and has the additional function of producing milk in mammals to support offspring. Currently, structures and shapes are being studied to imitate the nature of the mammary gland for medical applications such as prostheses, systems and models for surgeries, the most used technique for this is biomimetics. There are no models or devices that contemplate the internal structure of the mammary gland, so in this work different structures that imitate the lobular adjustment found in a real mammary gland are proposed, these structures were subjected to different load states to numerically evaluate and optimize the proposed structures. It was found that the triangular or lobular structures have better behavior in the distribution of deformations and stresses being excellent candidates to be part of biomedical applications.

Article

Biomimetics Biomedical structures Mammary gland Numerical analysis MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD CIENCIAS MÉDICAS OTRAS ESPECIALIDADES MÉDICAS OTRAS OTRAS

Modelación, evaluación y estimación del potencial geotérmico para la generación de energía eléctrica en la Cuenca de Wagner

Modelation, evaluation and estimation of the geothermal potential for the generation of electric energy on the Wagner Basin

Óscar López Villagómez (2023)

Se desarrolló un modelo 2D de una tubería en forma de “U” (sistema geotérmico de ciclo cerrado), que utiliza agua como fluido de trabajo para estimar la cantidad de calor (energía) que se puede aprovechar en la Cuenca de Wagner. El código numérico fue escrito en lenguaje MATLAB. La ecuación de transferencia de calor conductivo-convectivo se discretizó por el Método de Volumen Finito (MVF) y, para resolver el sistema de ecuaciones no lineales se utilizó el algoritmo TDMA. Los parámetros utilizados para el estudio fueron la profundidad [Z] (300, 350 y 400m), longitud horizontal [L] (500, 600, 700, 800, 900 y 1000 m), flujo de calor [q ̇] (0.5, 1, 1.5y 2 W/m2), diámetro de tubería [𝜙] (0.075, 0.15 y 0.225 m) y velocidad [V] (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5 y 6 m/s). Lo que nos da un total de 2592 configuraciones. Se encontró que para obtener los valores de calor y temperatura más altos se tiene que hacer uso de la profundidad en 400 m, la longitud horizontal en 1000 m y un flujo de calor de 2 W/m2. El diámetro de la tubería y la velocidad del fluido se comportan de manera inversa para el calor y temperatura. Debido a la densidad del fluido un diámetro pequeño y una velocidad baja generan una temperatura alta pero un calor bajo, por el contrario, el calor será alto con un diámetro ancho y una velocidad alta. Ya que no se puede tener un calor y una temperatura alta se encontraron los valores óptimos, que es en donde los perfiles de calor y temperatura se intersectan. Así se encontró que el diámetro de tubería óptimo es de 0.15 m (6”) y la velocidad óptima es de 2 m/s. La temperatura y calor óptimos en la salida de modelo son 157 °C y 21.6 MW. Mientras que al final de la tubería horizontal son 183.3 °C y 25.1 MW.

In this work, we develop a 2D model of a “U” shape pipe (close loop geothermal system), water was used as a working fluid to estimate the amount of heat (energy) that can be harnessed from the Wagner Basin. The numerical model was written in MATLAB. The conductive-convective equation for heat transfer discretizaton was made by the Finite Volume Method (FVM), and the Tri-Diagonal Matrix Algorithm (TDMA) was used to solve the linear equation system. The parameters used in the model were depth [Z] (300, 350, and 400 m), horizontal length [L] (500, 600, 700, 800, 900, and 1000 m), heat flux [q ̇] (0.5, 1, 1.5, 2 W/m2), pipe diameter [𝜙] (0.075, 0.15 and 0.225 m) and velocity [V] (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, and 6 m/s). That makes 2592 configurations. To obtain the higher values of heat and temperature we must use a depth of 400 m, a horizontal length of 1000 m, and a heat flux of 2 W/m2. The pipe diameter and the fluid velocity have an inverse-like behavior for heat and temperature. Because of the density, a small diameter and a low velocity make a high temperature but the heat is low, instead with a wider diameter and a high velocity the heat is high and the temperature is low. We cannot have the higher temperature end the higher heat at the same time, thus we looked at the intersection of the heat and temperature profiles and got the optimal values. We found that the optimal pipe diameter is 0.15 m (6”) and the optimal velocity is 2 m/s. Thus the optimal temperature and heat for the outlet are 157°C and 21.6 MW, and for the end of the horizontal pipe are 183.3°C and 25.1 MW.

Master thesis

Cuenca Wagner, Sistema Geotérmico de ciclo cerrado, Flujo de calor, Transferencia de calor, Modelado numérico 2D Wagner Basing, Close-loop geothermal system, Heat flux, Heat exchange, 2D numerical model CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOLOGÍA GEOLOGÍA REGIONAL GEOLOGÍA REGIONAL

Geotermometría de solutos en sistemas geotérmicos de baja-mediana temperatura y costeros

Solute geothermometry in low-medium temperature and coastal geothermal systems

MARIA GUADALUPE OLGUIN MARTINEZ (2023)

La geotermometría de solutos multicomponente es una herramienta muy útil para estimar la temperatura de reservorios geotérmicos profundos antes de la exploración por perforación. El método se basa en análisis de agua completos para determinar la temperatura a la que los índices de saturación de un conjunto de minerales del reservorio reflejan equilibrio con el agua. Uno de los desafíos con estemétodo es seleccionar la asociación de minerales que es usada en la estimación de temperatura. Para resolver este desafío, en este trabajo se desarrolló una nueva herramienta de pre y post procesamiento llamada PyGeoT. Esta herramienta (i) automatiza la selección de las fases minerales que serán usadas en el software de geotermometría multicomponente GeoT-iGeoT, (ii) realiza análisis de sensibilidad, y (iii) grafica los resultados para la visualización de los datos. Además, la aplicación de la geotermometría de solutos a sistemas geotérmicos costeros representa otro desafío porque la mezcla con agua de mar altera fuertemente la composición original del fluido. Para abordar esta problemática se estudió el origen, composición química y temperatura del sistema geotérmico de La Jolla, ubicado en Ensenada, Baja California a través de distintas herramientas, como la extrapolación de la concentración de Mg a 0 y modelado geoquímico. El desempeño de PyGeoT y algunos geotermómetros de solutos clásicos es probado usando composiciones de aguas simuladas y reales de sistemas geotérmicos de baja-mediana temperatura de la provincia del Basin and Range (EE. UU.). Un modelo de transporte reactivo revela que PyGeoT provee estimaciones de temperatura razonables cuando solo se han alcanzado condiciones de equilibrio parcial, lo que es una ventaja en la exploración de sistemas de baja-mediana temperatura. Además de estimar la temperatura del reservorio, PyGeoT tiene el potencial de identificar minerales de alteración del reservorio, así como el polimorfo de sílice que controla la sílice disuelta sin ningún conocimiento geológico específico del sitio. En cuanto al sistema geotérmico de la Jolla, para el miembro termal profundo se estimó una concentración de Cl de 4,594 mg/L, la cual fue utilizada para estimar porcentajes de mezcla con agua de mar mediante un modelo de mezcla lineal. Utilizando modelado geoquímico fue posible reproducir la composición química de los manantiales y pozos en superficie considerando una temperatura de 150°C en profundidad. Se identificó que la composición...

Multicomponent solute geothermometry is a useful tool for estimating the temperature of a deep geothermal reservoir prior to exploration drilling. The method uses full water analyses to determine the temperature at which the saturation indices of an assemblage of reservoir minerals reflect equilibrium with the water. One of the main questions faced by users of this method is which mineral assemblage should be used to perform temperature-dependent computations. Here, a new pre- and post-processing tool called PyGeoT is presented to answer this question. PyGeoT has the ability to: (i) automate the selection of the mineral phases to be used with the multicomponent geothermometry software GeoT-iGeoT, (ii) perform sensitivity analyses, and (iii) graph the results in order to ease visualization of the data. Additionally, the application of solute geothermometry to coastal geothermal systems is a challenge because mixing with seawater strongly alters the original fluid composition. The La Jolla geothermal system located in Ensenada, Baja California was chosen to illustrate this problem and propose solutions. The origin, chemical composition, and temperature of this system were inferred through different approaches, like the extrapolation of Mg concentration to 0 and chemical modeling.The performance of PyGeoT and several classical solute geothermometers is tested against synthetic and real water compositions from low-medium enthalpy geothermal systems from the Basin and Range province in the West of the United States. A reactive transport model reveals that PyGeoT provides reasonable temperature estimation of the reservoir even when full chemical equilibrium is not reached, which is an advantage for exploring low-medium enthalpy systems. In addition to the ability of estimating reservoir temperature, PyGeoT has the potential to identify which silica polymorph controls SiO2 solubility, as well as some of the alteration minerals without any specific onsite geological knowledge. Regarding La Jolla geothermal system, a concentration of 4,594 mg/L was estimated for the deep thermal end-member. This concentration was used to estimate mixing percentages with seawater through a lineal mixing model. Using geochemical modeling it was possible to reproduce the chemical composition of surface thermal springs and wells considering a temperature of 150°C in depth. The composition of the surface thermal manifestations was identified to result from a mixing process between ...

Doctoral thesis

geotermometría multicomponente, modelo de transporte reactivo, fluidos geotérmicos, optimización numérica, Basin and Range, sistemas geotérmicos costeros multicomponent geothermometry, reactive transport modeling, alteration minerals, geothermal fluids, numerical optimization, Basin and Range, coastal geothermal systems CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOLOGÍA GEOLOGÍA AMBIENTAL GEOLOGÍA AMBIENTAL