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A mistura rápida de reagentes é um requisito de muitos sistemas miniaturizados usados em análise química, injecção de drogas e sequenciação e síntese de ácidos nucleicos. É o caso de processos biológicos tais como activação celular, reacções enzimáticas ou ainda de "lab lab-on on-chip" para reacções complexas. Um vez que nestes sistemas os escoamentos são de baixo número de Reynolds, em contraste com macrosistemas em que a mistura se dá rapidamente devido à turbulência, nos micro sistemas a mistura requer tempos muito longos, a menos que outros efeitos não não-lineares compensem a ausência da turbulência. Felizmente, muitos dos fluidos nestes microsistemas contém aditivos não não-newtonianos com características viscoelásticas. As não não-linearidades associadas à viscoelasticidade conduzem a escoamentos secundários, o que constitui uma forma conveniente de promover passivamente mistura por advecção caótica tanto mais que os escoamentos secundários levam frequentemente a instabilidades que acentuam a mistura. Esta combinação de efeitos para microescoamentos de fluidos viscoelásticos tem ainda de ser investigada e consiste na motivação da presente proposta. Aqui, pretendemos investigar em detalhe, experimental e numericamente, o escoamento de fluidos viscoelásticos num conjunto de geometrias fundamentais para a relacionar os vários mecanismos de mistura com a reologia dos fluidos e com o objectivo final de propor, e possivelmente patentear, novos micromisturadores eficientes para fluidos não não-newtonianos.
O misturador de base é o misturador em T de 90°, em que assenta este trabalho.
Duas correntes do mesmo fluido, diferentemente coloridas pelo uso de tintas e micropartículas fluorescentes, serão misturados na geometria e a partir da função densidade de probabilidade da intensidade das imagens determina determina-se a concentração de tinta, e por consequência quantifica quantifica-se a eficiência de mistura. As seguintes geometrias tipificadas serão investiga  |
Resumo
A mistura rápida de reagentes é um requisito de muitos sistemas miniaturizados usados em análise química, injecção de drogas e sequenciação e síntese de ácidos nucleicos. É o caso de processos biológicos tais como activação celular, reacções enzimáticas ou ainda de "lab lab-on on-chip" para reacções complexas. Um vez que nestes sistemas os escoamentos são de baixo número de Reynolds, em contraste com macrosistemas em que a mistura se dá rapidamente devido à turbulência, nos micro sistemas a mistura requer tempos muito longos, a menos que outros efeitos não não-lineares compensem a ausência da turbulência. Felizmente, muitos dos fluidos nestes microsistemas contém aditivos não não-newtonianos com características viscoelásticas. As não não-linearidades associadas à viscoelasticidade conduzem a escoamentos secundários, o que constitui uma forma conveniente de promover passivamente mistura por advecção caótica tanto mais que os escoamentos secundários levam frequentemente a instabilidades que acentuam a mistura. Esta combinação de efeitos para microescoamentos de fluidos viscoelásticos tem ainda de ser investigada e consiste na motivação da presente proposta. Aqui, pretendemos investigar em detalhe, experimental e numericamente, o escoamento de fluidos viscoelásticos num conjunto de geometrias fundamentais para a relacionar os vários mecanismos de mistura com a reologia dos fluidos e com o objectivo final de propor, e possivelmente patentear, novos micromisturadores eficientes para fluidos não não-newtonianos.
O misturador de base é o misturador em T de 90°, em que assenta este trabalho.
Duas correntes do mesmo fluido, diferentemente coloridas pelo uso de tintas e micropartículas fluorescentes, serão misturados na geometria e a partir da função densidade de probabilidade da intensidade das imagens determina determina-se a concentração de tinta, e por consequência quantifica quantifica-se a eficiência de mistura. As seguintes geometrias tipificadas serão investigadas, bem como algumas combinações destas: (1) o caso de referência é o misturador a 90° com uma secção transversal quadrada, onde por difusão pura se dará a mistura de fluidos newtonianos e onde um fraco escoamento secundário, devido à elasticidade de fluidos viscoelásticos, promoverá um pequeno aumento da mistura; (2) para intensificar a mistura, serão colocados anteparos assimétricos ao longo da conduta de secção quadrada tornando o escoamento complexo; (3) para promover instabilidades elásticas, a secção de conduta quadrada deixará de ser recta e passará a ser constituída por sucessivas curvas alternadas fazendo um ângulo de 180°, mas todas contidas no mesmo plano; (4) finalmente, uma quarta geometria terá obstáculos irregulares para aumentar a mistura.
As simulações numéricas tentarão prever os escoamentos medidos e os resultados serão validados por dados experimentais. No final irão realizar-se também simulações numa quinta geometria semelhante à geometria (3), mas onde os elementos curvos da conduta quadrada se sucederão como num parafuso, i.e., em três dimensões, para promover advecção caótica mais intensa, embora com custos de fabrico superiores. |