Resumen

Las enfermedades cardiovasculares están relacionadas con el sistema circulatorio y estas representan la principal causa de muerte en todo el mundo. La función de una válvula cardíaca es mantener la circulación correcta de sangre desde el corazón a todo el sistema cardiovascular. El Sistema Cardiovascular (CVS por sus siglas en inglés) se ha convertido en uno de los principales campos estudiados en el campo de la salud debido a la importancia que tiene para detectar cualquier anomalía o patología en una persona.

El objetivo fundamental reportado en esta tesis es llevar a cabo simulaciones mecánicas de interacción fluido-estructura de un modelo experimental 2D simplificado de válvulas y su interacción con un fluido pulsátil y, con los resultados, encontrar un método alternativo capaz de representar este modelo, pero con un costo computacional menor y que siga siendo muy cercano en precisión. Las principales contribuciones de este trabajo se pueden clasificar en tres categorías.

Primero, se presenta el procedimiento para llevar a cabo un cabo una simulación de Dinámica de Fluidos Incompresibles Computacional (ICFD por sus siglas en inglés) y de Interacción Fluido - Estructura (FSI) utilizando un software de Métodos de Elemento Finito (FEM). Estos métodos permiten comprender cómo funciona la dinámica de fluidos y cómo un objeto modifica el comportamiento de un fluido dependiendo de si el objeto se encuentra fijo o en movimiento. También se explica cómo a través de un proceso de validación, se obtienen las configuraciones más adecuadas (calidad de malla, resolución de paso de tiempo, curva de entrada, propiedades de fluidos y sólidos) para obtener los resultados más cercanos a los resultados experimentales disponibles en la literatura. Los resultados observados a través de diferentes variaciones de velocidad y del número de Reynolds (Re) dan como resultado una aproximación cercana a las curvas teóricas y experimentales encontradas en la literatura. Además, usar el enfoque de paralelización proporcionado por el software, ayuda a reducir el costo computacional en casi 80% en comparación con el enfoque de procesamiento secuencial.

En segundo lugar, utilizando simulaciones FSI, se presenta un modelo de válvula cardíaca artificial. El objetivo principal de esto es tener un estudio paramétrico (variaciones en la velocidad y frecuencia características del fluido y el módulo de elasticidad de la estructura sólida).

Finalmente, los datos generados se utilizan para el cálculo de parámetros en el método de identificación del sistema propuesto. Este método es un modelo ARX que estima la salida utilizando la información pasada de la señal de entrada. Además, se realiza una comparación

Palabras clave: válvulas, ARX, FSI, Parametric, LS-Dyna.

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Índice de contenido

Portada

Agradecimientos

Índices

Glosario

Capítulo 1. Introducción

Capítulo 2. Marco Teórico

Capítulo 3. Dinámica de Fluidos de Objetos Estáticos

Capítulo 4. Simulación FSI de un Modelo de Válvula Simple

Capítulo 5. Método de Identificación de Sistemas

Capítulo 6. Conclusiones y Trabajo Futuro

Capítulo 7. Configuración de simulaciones en LS-Dyna

Capítulo 8. Algoritmos ARX - ARMAX

Capítulo 9. Publicaciones

Referencias

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Durán Hernández, J. 2021. Modelado del comportamiento de un diseño de válvula simple empleando un método de identificación de sistemas. Tesis Doctorado. Sistemas Inteligentes. Departamento de Ingeniería en Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2021.