Estudo da fluidodinâmica da formação de gotas em microcanais: um estudo experimental e computacional.

• Autor(a) principal: Siqueira, Fabio Coffani dos Santos de
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-17052021-143529/
• topic: Computational modeling; Double T joint; Fluxo laminar dos fluidos; Geometria e modelagem computacional; Laminar flow; Microfluidic; Multiphase flow; Reatores químicos

Tanques com impulsores são usados para criação de emulsão e gotas, porém esse processo necessita de grande quantidade de energia e a microfluídica pode otimizar esse processo. Dispositivos microfluídicos além de reduzir o custo energético, também possuem a vantagem do controle da distribuição de diâmetros das gotas obtidas.Um microrreator Syrris de 250 µL com misturador do tipo cruzado com canais ovais foi utilizado. Este microrreator se diferencia dos equipamentos mais utilizados na literatura, que são misturadores tipo T com linhas retas e canais cruzados. Os equipamentos tipo T possuem menor complexidade para serem construídos, por conta disto são mais utilizados. Os componentes utilizados para obtenção das gotas foram: estireno, água e emulsificante. Foram realizados estudos para 4 relações de vazão estireno: água - QD:QC, sendo elas: 1:1, 1:10, 1:20 e 1:80. Em todos os experimentos foi usado 1% em massa de emulsificante. Para a relação de fluxos 1:1 não houve formação de gotas, o fluxo de estireno escoou no centro da tubulação, como previsto nas simulações. Já para a relação de vazões 1:10 foi observada a formação de gotas, apresentando média de 203 µm, mediana de 201 µm e moda de 200 µm. Para a relação de vazão 1:20, a média foi de 165 µm, mediana de 164 µm e moda de 161 µm. Com fluxo contínuo 80 vezes, o fluxo disperso é possível observar que as gotas diminuíram significativamente, média de 59 µm, mediana de 53 µm e moda de 89 µm. Foi identificado influência do ciclo da bomba no padrão de formação de gotas, sendo capturada uma foto das gotas geradas na mudança de ciclo. Estas gotas variavam em seu diâmetro, sendo algumas tendo diâmetro maior que a tubulação, gerando seu alongamento. As simulações em CFD representaram, satisfatoriamente, os diâmetros de gotas obtidas experimentalmente para relações de vazão (QD:QC) de 1:10 e 1:80. A ferramenta utilizada foi o ANSYS FLUENT 17.0.V Com isso, é possível concluir que o sistema de microrreator é capaz de gerar gotas de diâmetro controlado, porém deve se levar em consideração o tipo de bomba a ser utilizado e as vazões a serem utilizadas no processo, já que essas variáveis afetam diretamente o desvio padrão dos valores de diâmetro obtido. O modelo de CFD apresentou baixa porcentagem de erro, mesmo não simulando a variação de velocidade devido o ciclo da bomba.