Abstract:
Microfluidics is a relatively recent technology which involves the manipulation of fluids geometrically constrained to small scales. These devices have been gaining attention, especially due to the broad range of potential applications, being one of them microreactors. In this project, the optimum flow conditions for generation droplets under merging regime were established, identifying most important variables, which influence the regime desired in this type of application. Capillary and Reynolds numbers were found as the parameters which determine the region in which the system is performed. These numbers are subject to the interfacial tension, viscosity, and flowrate which are the most sensitive variables that modify all the regimes. Likewise, it was identified that the geometry of the microdevice influences on the system. Therefore, several microdevices were designed with different geometries where the viscosity, the flowrate, and the width ratio were varied at fixed interfacial tension, to assess their impact. It was found that by increasing the viscosity and flowrate, the shear forces inside the microdevices increase proportionally, giving way to undesired laminar regimes and bigger droplets. The width ratio has an indirect impact on the regime obtained, by increasing the amount of water entering the main channel. Phase diagrams illustrate the optimal conditions for merging regime, where the most optimal values found to have this regime and smallest droplet were by using width ratio of 1, and flowrates of 3.5ml/h and 0.8ml/h in the continuous phase and dispersed phases, respectively, using silicone oil of 5cSt. The results found in this study can contribute to the development of further research, including the formation of nanoparticles to carry out chemical reactions in a micro scale.
Resumen:
La microfluídica es una tecnología relativamente reciente que implica la manipulación de fluidos restringidos geométricamente a pequeñas escalas. Estos dispositivos han ido ganando atención, especialmente debido a la amplia gama de aplicaciones potenciales, siendo una de ellas los microrreactores. En este proyecto se establecieron las condiciones óptimas de flujo para la generación de gotas en régimen de fusión, identificando las variables más importantes, que influyen en el régimen deseado en este tipo de aplicación. Los números de capilaridad y de Reynolds se encontraron como los parámetros que determinan la región en la que se desarrolla el sistema. Estos números están sujetos a la tensión interfacial, la viscosidad y el caudal, que son las variables más sensibles que modifican todos los regímenes. Asimismo, se identificó que la geometría del microdispositivo influye en el sistema. Por lo tanto, se diseñaron varios microdispositivos con diferentes geometrías en los que la viscosidad, la velocidad de flujo y la relación de anchura se variaron a una tensión interfacial fija, para evaluar su impacto. Se comprobó que al aumentar la viscosidad y la velocidad de flujo, las fuerzas de cizallamiento en el interior de los microdispositivos aumentan proporcionalmente, dando lugar a regímenes laminares no deseados y a gotas más grandes. La relación de anchura tiene un impacto indirecto en el régimen obtenido, al aumentar la cantidad de agua que entra en el canal principal. Los diagramas de fase ilustran las condiciones óptimas para el régimen de fusión, donde los valores más óptimos encontrados para tener este régimen y la gota más pequeña fueron utilizandos a una la relación de anchura de 1, y caudales de 3,5ml/h y 0,8ml/h en la fase continua y en la fase dispersa, respectivamente, utilizando aceite de silicona de 5cSt. Los resultados encontrados en este estudio pueden contribuir al desarrollo de nuevas investigaciones, incluyendo la formación de nanopartículas para llevar a cabo reacciones químicas a microescala.
Citación recomendada (normas APA)
Javier Santiago Tafur Logreira, "Droplet formation in microreactors = Formación de gota en microreactores", Colombia:-, 2022. Consultado en línea en la Biblioteca Digital de Bogotá (https://www.bibliotecadigitaldebogota.gov.co/resources/3711731/), el día 2025-11-05.
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