Análise computacional da absorção de água por meio têxtil poroso: uma abordagem comparativa entre simulação e experimental

Abstract

A absorção de fluidos por tecidos têxteis é um fenômeno relevante com aplicações em diversas áreas, como o desenvolvimento de vestimentas funcionais e a análise de manchas de sangue para perícia criminal. Este trabalho apresenta uma análise computacional da absorção de água por tecidos têxteis porosos, utilizando simulações numéricas realizadas com o software OpenFOAM e o solver hybridPorousInterFoam. O objetivo do estudo foi comparar os resultados das simulações com dados experimentais, avaliando a precisão dos modelos numéricos na representação do fenômeno de absorção. A metodologia envolveu experimentos de absorção de uma gota de água em tecido de malha, bem como a implementação de scripts em Python para automatizar múltiplas simulações, variando parâmetros como porosidade e ângulo de contato. Os resultados indicaram que, embora o modelo numérico tenha capturado adequadamente as etapas iniciais (de 0 a 0,5 segundos), com erros no diâmetro da gota entre 5,7% e 11,4%, a altura apresentou erros maiores, entre 22% e 38,4%. Nas etapas mais avançadas (entre 0,5 e 0,8 segundos), a diferença entre a altura experimental e a simulada variou de 0% a 10%, enquanto o diâmetro apresentou uma discrepância maior, chegando a até 148%, isto pode ser explicado devido à dificuldade em se obter os parâmetros do tecido. As conclusões sugerem a necessidade de calibrações mais precisas dos parâmetros e a consideração de novos modelos para melhorar a representatividade das fases iniciais de absorção. Além disso, o estudo destaca a importância do uso de técnicas experimentais complementares para aprimorar a precisão das simulações.

Abstract: Fluid absorption by textile fabrics is a relevant phenomenon with applications across various fields, such as the development of functional clothing and the forensic analysis of bloodstains. This study presents a computational analysis of water absorption by porous textile fabrics, employing numerical simulations conducted with OpenFOAM software and the hybridPorousInterFoam solver. The aim of the study was to compare simulation results with experimental data, assessing the accuracy of numerical models in representing the absorption phenomenon. The methodology involved experiments with water droplet absorption on knitted fabric, as well as implementing Python scripts to automate multiple simulations, varying parameters such as porosity and contact angle. The results indicated that, although the numerical model adequately captured the initial stages (from 0 to 0.5 seconds) with droplet diameter errors ranging from 5.7% to 11.4%, the height presented larger errors, between 22% and 38.4%. In the more advanced stages (between 0.5 and 0.8 seconds), the discrepancy between the experimental and simulated height ranged from 0% to 10%, while the diameter showed a greater divergence, reaching up to 148%, which could be attributed to challenges in obtaining accurate fabric parameters. The findings suggest the need for more precise parameter calibration and the consideration of alternative models to improve the representation of the initial absorption phases. Additionally, the study highlights the importance of complementary experimental techniques to enhance the accuracy of simulations.